波音公司創(chuàng)始人BILL BOEING原本是一個(gè)木材公司老板，有次他觀看航展但沒有機(jī)會(huì)坐上飛機(jī)，這使他對(duì)飛行更感興趣，于是自行DIY設(shè)計(jì)了B&W-1型水上飛機(jī)，但美軍不要。于是，他雇用了畢業(yè)于 MIT 航空系的 Tsu Wong （王助）設(shè)計(jì)了第一款“first all-Boeing'飛機(jī)，也就是B&W-C。當(dāng)時(shí)美國(guó)正參入第一次世界大戰(zhàn)，經(jīng)過測(cè)試后，購(gòu)買了50架B&W-C型飛機(jī)。波音公司從此發(fā)跡 （Ref 1）。直到今天，波音公司的官方文件《The 1st and the Best》(第一與最佳）仍然對(duì)王助給予了高度評(píng)價(jià)，說他成功將航空理論與風(fēng)洞數(shù)據(jù)運(yùn)用于model C ， “Wong Tsu was The Boeing Company’s first engineer and helped put the company on a sound footing.” （“王助是波音公司的第一個(gè)工程師，他幫助把公司置于堅(jiān)實(shí)的根基之上”）。王助被稱為“波音之父”當(dāng)之無(wú)愧。

王助后來因美國(guó)種族歧視回國(guó) -- 據(jù)說是盡管B&W—C水上飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造都出自王助之手，但在進(jìn)行飛行測(cè)試時(shí)，美軍方面卻不允許王助進(jìn)入測(cè)試場(chǎng)地，擔(dān)心他會(huì)偷學(xué)美國(guó)“最高航空技術(shù)”--也就是他自己的技術(shù)。王助深感羞辱而回國(guó)。王助回中國(guó)后，被國(guó)民政府安排干了些行政工作，1965年逝世于臺(tái)灣。國(guó)民黨有的是人才，卻不知利用，這就是傳統(tǒng)非理工思維的弊端。

言歸正傳。最近埃塞俄比亞航空公司的波音 737-8 MAX 飛機(jī)失事，黑盒子數(shù)據(jù)交由法國(guó)讀取，幾天前埃塞俄比亞公布了初步的報(bào)告（下面簡(jiǎn)稱《報(bào)告》）（文末附件），基本是對(duì)黑盒子數(shù)據(jù)的總結(jié)。看罷不禁讓人觸目心驚：波音這這這也太錯(cuò)得離譜了。難怪美國(guó)對(duì)相關(guān)事件啟動(dòng)了刑事調(diào)查。

報(bào)告中關(guān)鍵數(shù)據(jù)都在第27頁(yè)的一張圖中，里面顯示了失事737 MAX飛機(jī)從起飛到失事期間短短數(shù)分鐘的核心數(shù)據(jù)（文末圖），包括飛機(jī)引擎風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、飛行高度、地速(groundspeed)、空速 (airspeed)、仰角 (pitch)、攻角（AOA - angle of attack)。其中攻角 （AOA ）有左右兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。根據(jù)之前公布的信息，波音的737-8 MAX 飛機(jī)有個(gè)稱為 MCAS的自動(dòng)系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)攻角太大，為了防止飛機(jī)失速就會(huì)自動(dòng)壓低機(jī)頭。下面先簡(jiǎn)介幾個(gè)關(guān)鍵概念。

空速是飛機(jī)相對(duì)于空氣的速度?？账俅笮〉臏y(cè)量是用一個(gè)稱為空速管的裝置，通過測(cè)量迎面空氣的壓力計(jì)算出相對(duì)于空氣的速度大小。飛機(jī)相對(duì)于地面的速度 V 等于飛機(jī)相對(duì)于空氣的速度 U 加上空氣相對(duì)于地面的速度 W （也就是風(fēng)速）, V = U + W （V,U ,W 均為向量）。如果順風(fēng)，則風(fēng)在后面推動(dòng)，飛機(jī)相對(duì)于地面更快。如果逆風(fēng)，飛機(jī)對(duì)地速度則是空速減去風(fēng)速。在大風(fēng)之中，我們有時(shí)可以看到鳥似乎懸停在空中，相對(duì)于風(fēng)鳥在迎風(fēng)展翅前進(jìn)，但是從地面看鳥沒有動(dòng)就是這個(gè)道理： V = -W + W =0。在沒有風(fēng)的情況下， V = U。

仰角（pitch）是飛機(jī)機(jī)身相對(duì)于水平面抬頭的角度。它的測(cè)量用一個(gè)水平儀或者重垂線就可以完成。仰角正90度相當(dāng)于機(jī)頭正對(duì)正上方，仰角負(fù)90度相當(dāng)于機(jī)頭垂直朝下。

攻角 （AOA - angle of attack）是飛機(jī)機(jī)身與飛機(jī)空速方向的角度，可能用迎風(fēng)角更加好理解。舉例說明，在無(wú)風(fēng)的情況下，如果飛機(jī)水平飛行，這時(shí)飛機(jī)的仰角與攻角相同；但如果是垂直向下一頭俯沖，仰角是負(fù)90度，攻角卻是零度。 攻角怎么測(cè)量呢？在波音飛機(jī)上，它們的測(cè)量不過是用一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo)的機(jī)械裝置。為了增加可靠性，波音還裝了左右兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)測(cè)量攻角。理論上，兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)應(yīng)該是讀出相同的結(jié)果。攻角大，相當(dāng)飛機(jī)挺著肚皮迎著空氣飛。氣動(dòng)性能優(yōu)異的戰(zhàn)斗機(jī)如俄羅斯的Su-27 能夠進(jìn)行大攻角機(jī)動(dòng)，做出所謂眼鏡蛇動(dòng)作。但F-16 就做不出這個(gè)動(dòng)作。現(xiàn)有民航機(jī)當(dāng)然更不可能，攻角太大，飛機(jī)可能會(huì)失控。

下圖說明仰角與攻角的定義。

對(duì)照黑盒子數(shù)據(jù)我們可以看到，在飛機(jī)起飛后一分多鐘，時(shí)間 5:38:45（UTC）處，飛機(jī)仰角約17度，左邊攻角顯示達(dá)到了75度，而右邊攻角顯示在10度以下。隨后數(shù)分鐘，左邊攻角顯示一直維持在75度，而右邊顯示也一直維持在10度以下，飛機(jī)仰角則被不斷壓低，最后以負(fù)40度結(jié)束。故名思議，仰角是飛機(jī)機(jī)身相對(duì)于水平面抬頭的角度。負(fù)90度是垂直向下俯沖，負(fù)40度也差不多是一頭直沖下去。駕駛艙黑盒子錄音顯示，兩名飛行員聯(lián)合操作竭力試圖將飛機(jī)拉起，但最終無(wú)法抗拒波音的自動(dòng)壓低程序。最終的結(jié)果是飛機(jī)在地面砸出一個(gè)很大很深的坑，機(jī)上全部人員遇難。

如前所述，波音的MCAS系統(tǒng)是探測(cè)到攻角太大，就壓低機(jī)頭。對(duì)于如此幼稚的程序，我們之前還不敢置信，現(xiàn)在看到的則是更為初級(jí)的錯(cuò)誤。首先，埃航左右兩個(gè)攻角測(cè)量器顯示數(shù)據(jù)差別巨大，左邊顯示75度，右邊只有10度。按理說，在這種兩個(gè)數(shù)據(jù)相差極大的情況下，可以斷定至少其中一個(gè)攻角測(cè)量出現(xiàn)了故障，不應(yīng)該只采取左邊這個(gè)大攻角數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)實(shí)施壓低機(jī)頭的劇烈致命操作。其次，也許是更為令人震驚的錯(cuò)誤是，波音竟然沒有根據(jù)其他的飛行數(shù)據(jù)對(duì)攻角數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的'精神”驗(yàn)證 （sanity check），而是貿(mào)然將機(jī)頭壓低到負(fù)四十度高速俯沖下來。

依據(jù)上圖，設(shè)飛機(jī)空速與水平方向角度為 s, 則 攻角 a 等于仰角 p 減去 S:

a = p - s

下面舉幾個(gè)例子，說明這個(gè)公式適用于各種情況。1）飛機(jī)水平飛行（無(wú)風(fēng)），空速為水平，s=0 ，那么 a =p ，攻角等于仰角；2）飛機(jī)垂直下沖，仰角 p = -90 度，空速為垂直向下，s = -90 度，因此，a = -90+90 =0; 3) 眼鏡蛇：空速水平 s=0, 仰角 p 為 90度， 攻角 a = 90-0 = 90度；4） 飛機(jī)空中停車平摔下來，p=0, s = -90 （度）， a = 90 （度）。

仰角是一個(gè)很好測(cè)量也是相當(dāng)可靠的數(shù)據(jù)。我們只要知道空速的方向，就可以從仰角計(jì)算出攻角， a = p - s 。反過來，我們也可以用  s =  p - a 的公式 來 對(duì)攻角數(shù)據(jù)進(jìn)行 sanity check。

如果根據(jù)埃航墜毀飛機(jī)的左邊攻角顯示數(shù)據(jù) 75度，那么 s = 10 - 75 = -65 度。也就是說，按這個(gè)75度攻角數(shù)據(jù)，飛機(jī)的空速應(yīng)該是65度大角度下行，也就是說飛機(jī)幾乎是平著往下掉。但從其他數(shù)據(jù)可以看出，此時(shí)飛機(jī)是在保持正常 的水平速度并且平穩(wěn)上升。數(shù)據(jù)顯示，空速與地速差別不大，因此垂直方向的風(fēng)速不可能造成如此大的攻角。這個(gè)75度的攻角數(shù)據(jù)應(yīng)該簡(jiǎn)單排除。

更為詳細(xì)的計(jì)算如下。空速向量  U = V - W ，其中 W 為風(fēng)速向量，V 為飛機(jī)相對(duì)于地面的速度 。V 的大小與方向是可以通過GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出來的。U的絕對(duì)值則通過空速管測(cè)量。雖然 W未知，但是由于 U大小被確定，如果假定 W 在一定范圍，則 U的方向范圍也可以確定下來。以此即可排除明顯錯(cuò)誤的攻角數(shù)據(jù)。

無(wú)論如何，波音應(yīng)該可以計(jì)算一下飛機(jī)以-40度仰角、400節(jié)速度俯沖的撞地時(shí)間，而不是等到最后才發(fā)出 pull up 的警告。波音犯了最初級(jí)的錯(cuò)誤。

波音的科技神話破滅之余，我們應(yīng)該看到737-8 MAX 的悲劇完全可以避免。

Ref 1： 參見：《The Story of the Boeing Company》作者Bill Yenne。

Ref 2： https://www./news/frontiers/archive/2006/december/ts_sf12.pdf

Ref 3: 埃塞俄比亞737 MAX 失事報(bào)告 737-max-report.pdf???