引言
印度尼西亚狮航的一架波音727 Max-8型飞机，于2018年10月29日，从雅加达飞往邦加槟港。该飞机起飞后13分钟失事，坠入距雅加达东北海岸大约15公里的海域，189名乘客和机组人员全部遇难。根据找到的黑匣子数据初步分析，原因是空速管故障导致。目前，具体的原因仍在分析过程中。为更清楚了解飞机的关键部件——空速管的工作原理、故障原因，以及如何改进、提升空速管的安全性问题，本文逐项进行简要的论述。
一、什么是空速管？
我们在平常乘坐飞机时，往往会看到在飞机的机头或机翼上一般都会有一根细长的且方向朝着飞机的正前方的管子，这就是空速管（也称皮托管，由法国H.皮托发明而得名）。空速管作为飞机全静压系统中的最核心部件，其故障将对飞机的飞行安全造成严重的影响。
飞机要获取飞行速度，需要依靠空速测量设备获取数据。目前广泛采用压力式L型空速管（民用航空飞机大部分使用，军用飞机考虑重量因素以及其它因素，已经逐步取消了空速管），相对其它测量方法，其具有成本低、效率高、可靠性较好的优势。
空速管的工作原理是：L型空速管是一个中空的双层套管，头部为半球形。当测量速度时，空速管头部对准机头方向。当飞机向前飞行时，气流冲进空速管，在管子末端安装的传感器就感受到气流的冲击压力（动压）。飞机飞得越快，冲击压力（动压）就越大。如果将空气静止时的压力即静压与动压相比，就可以知道冲进来的空气到底有多快，也就知道飞机飞行速度多大。 比较两种压力的传感器是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子，也成为膜盒。这个盒子是密封的，但是有一根管子与空速管相连。如果飞机速度越快，动压便增大，膜盒内压力增大，膜盒会鼓起来。然后通过相应杠杆、齿轮等将压力带来的变形转化为速度指示。
根据测量的压力计算出流速的原理是伯努利方程，以下图为例，A、B是空速管中的两个不同截面。在空速管截面Ｂ处，如果与头部距离足够远，则该处的气流可以认为未受扰动，所以从空速管外测小孔引入的压力就是大气静压。由此根据伯努利方程得到：
由上面计算原理可知，测量的空速会随着飞机所在空域的大气密度变化而变化，而飞机机翼获得的升力、机身阻力、引擎进气量都与大气密度相关，并且这些数据都是有关联关系及规律的。因此，飞机的空速指示可以方便得到飞行包线引擎等数据。迎角一定时，升力和阻力的大小直接取决于动压，因此，指示空速对保证安全飞行，防止失速有重大意义，尤其是起飞和着陆阶段。
二、空速管造成的事故
1974年至今，部分由于空速管故障造成的事故，如下表所示。
三、空速管的常见故障原因
空速管可以将故障原因大致概括为：
空速管加温故障/堵塞
静压源误差/堵塞
ADM误差/失效
ADIRU误差/失效
迎角/全温探头故障
全压管路故障
异物堵塞（昆虫、飞鸟、大雨、泥土等）
其他...
根据相关资料统计可知，空速管堵住、空速管结冰的原因占比较高。空速管堵塞会导致全压采集滞后或不准。若空速管进口完全堵死时，全压管内气压压力将保持不变并维持恒定的气压，如地面场压，这将导致地面及低空飞行时指示空速接近于零。此时，很容易出现错误指示甚至安全事故。
同时，也有部分原因是属于人员维护、操作上的问题，例如地面维修过程中忘记给空速管带上防护罩、地面维修过程中忘记移除空速管罩等。
另外，根据我国某航空公司的空速管更换记录可知，每年的4~8月份的更换次数较多，属于春季末和夏季。另外，根据统计，该航空公司的飞机执行华东片区的飞机更换空速管占比较高，达到64%。较大可能是与地处华东湿热、降雨较多相关。
四、应对措施及建议
4.1 替换传统的空速管
在60年代，美国国家航空航天局为了满足航天飞机进入大气层时的大气数据测量需求，提出了融于飞行器表面流线的大气数据传感器技术。这种技术依靠嵌入在飞行器前端或机翼的压力传感器阵列来测量飞行器表面的压力分布，并由压力分布间接获得飞行参数的数据传感系统，这就是嵌入式大气数据传感系统(Flush Air Data Sensing FADS)。
美国在60年代开始了对嵌入式大气数据传感系统的研究。在90年代初期，美国开始应用于超声速战斗机的试验研究上，当时主要目的是解决战斗机大攻角机动时的大气数据测量问题。90年代中期时嵌入式大气数据传感系统应用在了X-33上，整个系统算法的稳定性基本得到解决。此后，又集中在嵌入式大气数据传感系统的算法执行性、故障检测与排除、误差分析与校准等问题上。直到嵌入式大气数据传感系统的日趋成熟在F-35上的应用。
我国的歼-20在完成早期试验阶段相关测试的大量数据收集工作后取消机头的空速管，也由机头侧面的嵌入式大气数据传感系统代替。
4.2 加强飞行前的检修管理要求
由前面的事故及原因分析可知，部分事故的原因是可以通过管理手段进行避免或者杜绝的。例如，可以通过起飞前的再次检查确认（如交叉检查），或者增加相应的检查设备进行空速管的运行状态起飞前检查确认等。为了进一步确保飞行安全，可适当在检修工作规范、流程中考虑增加相应的检修工作项目。
4.3 设计改进
关于如何改进空速管的设计，部分人提出了空速管进口是否可以增加膜片，以降低堵塞风险[1]。
另一方面，当空速管堵塞、结冰等造成失效时，往往只能依靠机组人员进行应急判断、处理。但是，由于空速管被堵，无法获得飞机的飞行速度等参数，相当于飞机处于盲飞状态，对于机组人员来说，大大增加了处理的难度。此时，是否可以考虑增加备用检查手段或者备用确认手段，用于提前确认空速管的飞行参数是否正常或者校准，以便决策是否需要采取进一步的应对措施。
但是，无论是采取增加膜片，还是增加备用检查、确认手段，都需要经过严格的安全评估，不能因为增加相应的防护设备而降低飞机整机的安全性。
4.4 提升飞机设计的人因及安全分析
从上面的事故原因也可以看出，人因占据了较大的比例。同时，也反映出飞机设计本身在考虑人因、或者人参与情况下的安全问题是有可提升的空间的。为此，可以引入包括事故场景推演分析、人因可靠性分析等手段进行分析，借助相应的专业可靠性、安全性分析工具，尽量将空速管等设备潜在的事故场景分析到位。
参考文献：
1、 成正强，《皮托管故障引发的灾难性事故案例分析》，中国民航飞行学院学报，2018
2、 周跃飞，《浅析飞机空速管的典型故障及危害》，中国科技信息，2014