飛機在空中的飛行姿態是由俯仰、偏航和滾轉三個動作組合而成，其中的俯仰動作主要是由機尾的升降舵來控制，實現飛機的仰頭及低頭功能。在飛行過程中，若向後拉制動螺杆，升降舵將向上偏轉，水平安定面會受到一個向下的力，導致飛機仰頭向上飛行；若向前拉制動螺杆，升降舵將向上偏轉，水平安定面會受到一個向上的力，將導致飛機低頭向下俯衝飛行。
波音737MAX飛機在連續2次墜毀後，調查人員均認為，造成事故的主要原因是失事飛機的迎角傳感器（圖1所示）測量數據錯誤，觸發防失速自動控制系統，致使飛機升降舵向上偏轉（具知情人士稱，在埃航墜毀現場的調查人員在飛機殘骸中找到一塊制動螺杆，其作用是調節飛機尾翼升降舵的角度，初步調查結果顯示飛機的升降舵呈向上偏轉，制動螺杆向下設置），機頭不斷下壓，飛行員進行多次手動向後拉推動杆未果，最終飛機發生墜毀。
飛機上通常會安裝防失速自動控制系統，該系統一般主要由迎角傳感器、警報器、抖杆器及推桿伺服動作器組成，並且會連續監控飛機飛行時機翼的升力載荷，當飛機接近失速狀態時，會對駕駛杆產生抖動，同時給出聽覺及視覺提醒，讓飛行員及時採取措施。
另外在波音737MAX上還安裝了MCAS系統（機動特性增強系統），這個系統的主要功能就是檢測到飛機迎角過大、速度過低時，自動進入俯衝狀態，從而改變飛機的失速狀態。如當迎角傳感器發生數據錯誤時，該系統會誤判飛行姿態，繞過飛行員直接進行俯衝加速。
1
失速與迎角的關係
所謂的飛機迎角就是飛機軸線與氣流方向間的夾角，通過傳感器來感受氣流的流向來測量，一般安裝在機翼前緣駐點附近。迎角與飛機的升力及阻力密切相關，當迎角達到臨界迎角時，飛機將發生失速。「失速」是指飛機因機身迎角過大等原因而引起升力不足的現象（圖1所示）。在正常情況下，當飛機迎角a小於臨界值amax時,飛機所受升力會隨迎角增大而增大；而當迎角a大於臨界值amax時，飛機所受升力會因飛機迎角的增大而迅速減小。所以，迎角傳感器是飛機上一種飛行關鍵參數測量的元器件，若出現故障後果將不堪設想。
2
迎角傳感器測量原理
迎角傳感器主要分為零差壓式、壓差式和風標式三大類。其中，零差壓式迎角傳感器通常是集成在機頭的空速管上，由探頭、槳葉、氣室和變換傳動機構等部分組成。探頭的內腔有一塊中間隔板，並且在隔板兩邊對稱開有兩排氣孔的圓錐體，同時與空心軸剛性連接，在空心軸上固定槳葉與角度變換器的活動部件（圖3所示）。當迎角為時，兩排測壓孔均正對氣流方向，壓差為，探頭內上下腔無壓差，槳葉便不會發生轉動，電位計輸出為；當迎角不為時，上下測壓孔產生壓差，該壓差帶動槳葉旋轉，直到重新平衡為止，此時電位計輸出對應角度的比例電信號。
風標式迎角傳感器是民用飛機上最常用的迎角傳感器，由對稱剖面的翼形葉片（風標）、轉軸、電位計等部分組成，並且分為單風標及雙風標兩種類型。單風標式迎角傳感器常裝於飛機側面，而雙風標式傳感器常與空速管組合在一起，安裝在機頭前的撐杆上（圖4所示）。風標式迎角傳感器是利用飛機與大氣氣流作相對運動時，氣流流向在風標葉片上、下形成的壓力平衡點，來確定氣流相對飛機的角度。當迎角為時，作用於葉片上下表面的氣壓相等，葉片沒有偏轉，無電信號輸出，當迎角不為時，葉片上下表面的氣壓將不同，葉片則繞軸轉動，直到中心線與迎面氣流方向一致，然後輸出與迎角成比例的電信號。
壓差式迎角傳感器主要是由差壓管和壓力傳感器組成，截錐形和球形五孔（在差壓管軸線對稱的上下和左右及軸線上各開有一個孔）的差壓管可以測量阻滯壓力、迎角、側滑角。當差壓管軸線與氣流方向一致時，各孔引入的壓力均相等；當有迎角和側滑角時，則壓力將不在相等，由此可得出迎角和側滑角。迎角為時，小孔所感受的壓力p1和p2相等，壓差為，輸出信號為；當迎角不為時，壓力p1和p2將不相等，則電位計發生對應的位移，輸出與迎角成比例的電信號。
圖5壓差式迎角傳感器
迎角傳感器作為飛機測量迎角的關鍵元器件，需要非常靈敏地感知氣流的方向。波音737MAX墜毀，目前外界普遍認為是迎角傳感器測量數據錯誤（波音也已經承認），導致MCAS系統失效。那麼既然是一個迎角傳感器故障，以波音的實力，完全可以責令其供應商進行產品歸零整改，但兩次相同問題的墜機原因，顯然不是一個簡單傳感器就可以解決的問題。後續波音急於挽回損失，又「草率」的對現役737MAX進行了飛行驗證，向社會輿論證實該機型並沒有安全隱患，墜機只是偶然事故，但這並不能打動FAA（美國聯邦航空管理局），因為防失速系統是否存在設計缺陷，風標迎角傳感器的校準是否存在問題，安裝區域是否影響會風標的靈敏轉動，氣動特性是否穩定均勻，軟硬體系統的整體穩定性，如何在特定環境下激發失效機理等等這些一系列問題還沒有真正搞清楚之前，波音最終只有選擇把737MAX停飛這種無奈而又正確的決定。
封面圖片來源：網絡
參考文獻：
尹剛,餘波.MD-82飛機失速系統故障分析與處理[J].航空維修與工程,2003,(4):48-49.DOI:10.3969/j.issn.1672-0989.2003.04.019.
徐悅,陶建偉.飛機高精度迎角測量系統的安裝和標校研究[J].科學技術創新,2018,(28):27-28.
—— 分享新聞，還能獲得積分兌換好禮哦 ——