Het schijnbare verband tussen dodelijke vliegtuigcrashes in Indonesië en Ethiopië draait om het falen van een enkele sensor. Ik weet hoe dat is:een paar jaar geleden, terwijl ik met een Cessna 182-RG vloog vanuit Albany, New York, naar Fort Meade, Maryland, mijn luchtsnelheidsindicator toonde aan dat ik zo langzaam vloog dat mijn vliegtuig het risico liep niet langer genoeg lift te genereren om in de lucht te blijven.

Had ik op mijn luchtsnelheidssensor vertrouwd, Ik zou de neus van het vliegtuig naar beneden hebben geduwd in een poging om snelheid te krijgen, en mogelijk te veel spanning op het frame van het vliegtuig leggen, of gevaarlijk dicht bij de grond komen. Maar zelfs kleine vliegtuigen zitten boordevol sensoren:terwijl ik me zorgen maakte over mijn vliegsnelheid, Ik merkte dat mijn vliegtuig op dezelfde hoogte bleef, de motor produceerde dezelfde hoeveelheid vermogen, de vleugels ontmoetten de lucht onder een constante hoek en ik bewoog nog steeds over de grond met dezelfde snelheid als voordat de luchtsnelheid naar verluidt daalde.

Dus in plaats van mijn vliegtuig te overbelasten en mogelijk te laten crashen, Ik kon de problematische sensor repareren en mijn vlucht voortzetten zonder verdere incidenten. Als resultaat, Ik begon te onderzoeken hoe computers gegevens van verschillende vliegtuigsensoren kunnen gebruiken om piloten te helpen begrijpen of er een echt noodgeval is, of iets veel minder ernstigs.

De reactie van Boeing op zijn crashes omvatte het ontwerpen van een software-update die afhankelijk is van twee sensoren in plaats van één. Dat is misschien niet genoeg.

Sensorgegevens kruiselings controleren

Zoals een vliegtuig de zwaartekracht tart, aerodynamische principes uitgedrukt als wiskundige formules bepalen zijn vlucht. De meeste sensoren van een vliegtuig zijn bedoeld om elementen van die formules te bewaken, om piloten gerust te stellen dat alles is zoals het zou moeten zijn - of om hen te waarschuwen dat er iets mis is gegaan.

Mijn team heeft een computersysteem ontwikkeld dat kijkt naar informatie van veel sensoren, hun metingen met elkaar en met de relevante wiskundige formules te vergelijken. Dit systeem kan inconsistente gegevens detecteren, aangeven welke sensoren het meest waarschijnlijk defect zijn en, in bepaalde omstandigheden, gebruik andere gegevens om de juiste waarden in te schatten die deze sensoren zouden moeten leveren.

Bijvoorbeeld, mijn Cessna ondervond problemen toen de primaire luchtsnelheidssensor, een "pitotbuis" genoemd, " bevroor in koude lucht. Andere sensoren aan boord verzamelen gerelateerde informatie:GPS-ontvangers meten hoe snel het vliegtuig de grond bedekt. ​​Windsnelheidsgegevens zijn beschikbaar van computermodellen die het weer voorspellen voorafgaand aan de vlucht. Boordcomputers kunnen een geschatte vliegsnelheid berekenen door te combineren GPS-gegevens met informatie over de windsnelheid en -richting.

Als de geschatte luchtsnelheid van de computer overeenkomt met de sensormetingen, hoogstwaarschijnlijk is alles in orde. Als ze het er niet mee eens zijn, dan is er iets mis - maar wat? Het blijkt dat deze berekeningen op verschillende manieren niet overeenkomen, afhankelijk van welke – of meer – van de GPS, windgegevens of luchtsnelheidssensoren zijn verkeerd.

Een test met echte gegevens

We hebben ons computerprogramma getest met echte gegevens van de crash van Air France-vlucht 447 in 2009. Uit het onderzoek na de crash bleek dat drie verschillende pitotbuizen bevroor, het leveren van een onjuiste luchtsnelheidsmeting en het veroorzaken van een reeks gebeurtenissen die eindigen in het vliegtuig dat zich in de Atlantische Oceaan stort, het doden van 228 passagiers en bemanningsleden.

Uit de vluchtgegevens bleek dat toen de pitotbuizen bevroor, ze stopten plotseling met het registreren van luchtsnelheid als 480 knopen, en meldde in plaats daarvan dat het vliegtuig met 180 knopen door de lucht ging - zo langzaam dat de automatische piloot zichzelf uitschakelde en de menselijke piloten waarschuwde dat er een probleem was.

Maar de GPS aan boord registreerde dat het vliegtuig met 490 knopen over de grond vloog. En computermodellen van het weer gaven aan dat de wind met ongeveer 10 knopen uit de achterkant van het vliegtuig kwam.

Toen we die gegevens naar ons computersysteem voerden, het ontdekte dat de pitotbuizen waren uitgevallen, en schatte de werkelijke vliegsnelheid van het vliegtuig binnen vijf seconden. Het detecteerde ook wanneer de pitotbuizen weer ontdooiden, ongeveer 40 seconden nadat ze bevroor, en kon bevestigen dat hun metingen opnieuw betrouwbaar waren.

Een ander soort test

We hebben ons systeem ook gebruikt om te identificeren wat er met Tuninter Flight 1153 is gebeurd, die in 2005 op weg van Italië naar Tunesië in de Middellandse Zee is gedumpt, het doden van 16 van de 39 mensen aan boord.

Na het ongeval, uit het onderzoek bleek dat onderhoudspersoneel per ongeluk de verkeerde brandstofhoeveelheidsindicator op het vliegtuig had geïnstalleerd, dus het meldde 2, 700 kg brandstof zat in de tanks, toen het vliegtuig in werkelijkheid slechts 550 kg vervoerde. Menselijke piloten merkten de fout niet op, en het vliegtuig had geen brandstof meer.

Brandstof is zwaar, Hoewel, en het gewicht beïnvloedt de prestaties van een vliegtuig. Een vliegtuig met te weinig brandstof zou anders hebben gehandeld dan een vliegtuig met de juiste hoeveelheid. Om te berekenen of het vliegtuig zich naar behoren gedroeg, met de juiste hoeveelheid brandstof aan boord, we gebruikten de aërodynamische wiskundige relatie tussen luchtsnelheid en lift. Wanneer een vliegtuig horizontaal vliegt, lift is gelijk aan gewicht. Al het andere is hetzelfde, een zwaarder vliegtuig had langzamer moeten gaan dan het Tuninter-vliegtuig.

Onze programmamodellen zijn alleen cruisefasen van de vlucht, waarin het vliegtuig stabiel is, vlakke vlucht - niet versnellen of van hoogte veranderen. Maar het zou voldoende zijn geweest om te detecteren dat het vliegtuig te licht was en de piloten te waarschuwen, die had kunnen omdraaien of ergens anders had kunnen landen om te tanken. Het toevoegen van informatie over andere vluchtfasen zou de nauwkeurigheid en het reactievermogen van het systeem kunnen verbeteren.

Hoe zit het met de crashes van de Boeing 737 Max 8?

Het volledige scala aan gegevens over Lion Air 610 en Ethiopian Airlines 302 is nog niet beschikbaar voor het publiek, maar vroege rapporten suggereren dat er een probleem was met een van de aanvalshoeksensoren. Mijn onderzoeksteam ontwikkelde een methode om de nauwkeurigheid van dat apparaat te controleren op basis van de luchtsnelheid van het vliegtuig.

We gebruikten aerodynamica en een vluchtsimulator om te meten hoe variaties in de aanvalshoek - de steilheid waarmee de vleugels de tegemoetkomende lucht ontmoeten - de horizontale en verticale snelheid van een Cessna 172 veranderde. De gegevens kwamen overeen met de prestaties van een echte Cessna 172 tijdens de vlucht. Met behulp van ons model en systeem, we kunnen onderscheid maken tussen een daadwerkelijke noodsituatie – een gevaarlijk hoge aanvalshoek – en een falende sensor die foutieve gegevens levert.

De werkelijke cijfers voor een Boeing 737 Max 8 zouden anders zijn, natuurlijk, maar het principe is nog steeds hetzelfde, de wiskundige relatie tussen aanvalshoek en luchtsnelheid gebruiken om elkaar dubbel te controleren, en om defecte sensoren te identificeren.

Nog steeds beter

Terwijl mijn team doorgaat met het ontwikkelen van software voor het analyseren van vluchtgegevens, we werken er ook aan om het van betere gegevens te voorzien. Een mogelijke bron zou kunnen zijn dat vliegtuigen rechtstreeks met elkaar communiceren over weer- en windomstandigheden op specifieke locaties op bepaalde hoogten. We werken ook aan methoden om veilige bedrijfsomstandigheden nauwkeurig te beschrijven voor vluchtsoftware die afhankelijk is van sensorgegevens.

Sensoren falen, maar zelfs als dat gebeurt, geautomatiseerde systemen kunnen veiliger en efficiënter zijn dan menselijke piloten. Naarmate vluchten meer geautomatiseerd worden en steeds afhankelijker worden van sensoren, het is absoluut noodzakelijk dat vluchtsystemen gegevens van verschillende sensortypes kruiselings controleren, om te beschermen tegen anders mogelijk fatale sensorstoringen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.