Universität der Bundeswehr München
Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik
Institut für Systemdynamik und Flugmechanik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Reiner Onken

Diplomarbeit

Analyse von Flugunfällen hinsichtlich aufgetretener
Fehlerketten und daraus abgeleitete Anforderungen an ein
Pilotenassistenzsystem

Verfasser: cand.-ing. Stefan Wagner
Kurzzeichen: D-00-3
Ausgabedatum: 01.05.00
Abgabedatum: 31.10.00

Übersicht
In dieser Diplomarbeit werden Flugunfälle und schwere Störungen im Flugbetrieb von Verkehrsflugzeugen untersucht und die Fehlerketten, die zu den Unfällen geführt haben aufgestellt. Anhand dieser Aufstellung werden Möglichkeiten untersucht und erläutert, wie mit einem Assistenzsystem solche Unfälle vermieden werden können bzw. welche Funktionalitäten ein solches System haben muss, um den Pilot bei Eintritt einer Notlage optimal zu unterstützen. Alle so erlangten Kenntnisse werden schließlich zusammenfassend aufgeführt, sortiert und ein theoretisches Modell entworfen.

Inhaltsverzeichnis

0 Abkürzungen ... iii

1 Einführung  ... 1
1.1 Historische Entwicklung  ... 1
1.2 Aktuelle Problematik ... 2
1.2.1 Automatisierung ... 2
1.2.2 Kognitive Assistenzsysteme  ... 3

2 Definitionen und Bewertungskriterien ... 5
2.1 Definitionen ... 5
2.2 Bewertungskriterien  ... 7

3 Darstellung und Analyse der Unfälle ... 10
3.1 Vorgehensweise ... 10
3.2 Unfall-Hergänge, Analysen und Schlussfolgerungen ... 11
3.2.1 Aeroperu Flight 603 am 02.10.96 ... 11
3.2.2 Lufthansa Flight 2904 am 14.9.1993 ... 14
3.2.3 American Airlines Flight 965 am 20.12.95  ... 18
3.2.4 Aeroflot Flight SU593 am 22.3.1994  ... 20
3.2.5 Avianca Airlines Flight 052 am 25.01.1990 ... 23
3.2.6 Birgen Air Charterflug am 6.2.1996 ... 25
3.2.7 British Midland Airways am 8.1.1989  ... 27
3.2.8 China Airlines Flight 006 am 19.2.1985  ... 30
3.2.9 China Airlines Flight 140 am 26.4.1994  ... 32
3.2.10 Korean Air Flight 801 am 6.8.1997 ... 35

4 Geforderte Funktionalitäten  ... 38
4.1 Auswertung der Flugunfallanalysen ... 38
4.2 Erläuterungen und Ergänzungen zu den geforderten Funktionalitäten ...  43
4.2.1 Gruppe 1: Hilfe bei Fehlersuche und –behebung  ... 43
4.2.2 Gruppe 2: Hilfe bei Erfüllung der Flugaufgabe ... 47
4.2.3 Gruppe 3: Erweiterte Notfallautomatiken  ... 52

5 Schematisches Assistenzsystem ... 56
5.1 CAMA ... 56
5.2 Entwicklung des schematischen Assistenzsystems ... 60
5.2.1 Komponenten ... 60
5.2.2 Gesamtsystem ... 63

6 Zusammenfassung und Ausblick  ... 66

7 Literaturverzeichnis  ... 68

8 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis  ... 70

1 Einführung
1.1 Historische Entwicklung

Flugunfälle gehören zum Fliegen, seit der erste Mensch sich mit einem selbstgebauten Apparat in die Luft erhob. Otto Lilienthal stürzte nach ca. 2500 Gleitflügen tödlich ab. Im zweiten Weltkrieg wurden Flugzeuge bereits in Massenproduktion gefertigt. Trotzdem gingen mehr Flugzeuge durch Flugunfälle verloren, als durch Feindeinwirkung.
Einer Untersuchung über Unfälle von kommerziell genutzten Passagiermaschinen mit Strahlantrieb zufolge wurden von Anfang 1958 bis Ende 1996 548 Maschinen zerstört. Dies sind 14,1 Maschine pro Jahr im Durchschnitt. Der Schnitt der letzten 10 Jahre der Untersuchung betrug 19,7, der letzten 5 Jahre 20,4. Die absolute Anzahl der Totalverluste muss natürlich im Zusammenhang mit der Anzahl geflogener Sektoren gesehen werden. Diese Betrachtung zeigt eine deutliche Abnahme der Rate. Auch die durchschnittlichen Werte der letzten drei Dekaden bestätigen eine abnehmende Tendenz. Dennoch sieht es so aus, als stabilisiere sich die durchschnittliche Unfallrate bei ca. 1,3 Totalverlusten pro 1 Million Sektoren.
Da es vom reinen Zufall abhängt, wie viele Passagiere sich an Bord einer Unglücksmaschine befinden – es kann sich z.B. auch um einen Frachter handeln – lassen sich aus der Anzahl der in einem Jahr getöteten Passagiere keine Rückschlüsse auf die Flugsicherheit ziehen. Dennoch ist die Öffentlichkeit an diesen Zahlen interessiert, da sie die Wahrscheinlichkeit bei einer Flugreise getötet zu werden, wiederspiegeln. Die Rate war in den letzten Dekaden sehr starken Schwankungen unterzogen. Bedingt durch die vielen Todesopfer 1996 zeigt die Trendlinie eine deutliche Zunahme. Während die Rate für 1995 noch 0,25 betrug, stieg sie 1996 auf 0,7 getötete, pro Million beförderte Passagiere. Mehr als 80% der Totalverluste erfolgten während nur 7% der Flugzeit. Diese Aussage ist bereits bekannt. Die drei gefährlichsten Flugphasen sind Take Off, Approach und Landing. Das Jahr 1996 zeigte sich hier als atypisch. Erstmals ist in der Climb Phase ein deutlicher Zuwachs zu verzeichnen, während die Totalverluste in der Landing Phase fast um die Hälfte abgenommen hatte. Über die Flugzeuggenerationen hinweg lässt sich ebenfalls ein positiver Trend erkennen, der wohl hauptsächlich im technischen Fortschritt begründet ist. Die hier aufgeführten Statistiken stellen den Stand Anfang 1997 dar und sind [11] entnommen.

1.2 Aktuelle Problematik
1.2.1 Automatisierung

Während früher Unfälle oftmals dadurch verursacht wurden, dass der Mensch als Regler unzureichende Fähigkeiten aufwies oder auf mangelnde Erfahrung zurückgreifen mussten, da kritische Situationen nicht in einem Simulator geübt werden konnten, sind diese Gründe heutzutage fast verschwunden. Die zunehmende Ausstattung der Flugzeuge mit Reglern und Computeranlagen vereinfachten das Flugverhalten bzw. ermöglichten es dem Menschen, auch komplexere Flugzeuge sicher zu beherrschen. Dies wurde durch einen zunehmenden Grad an Automatisierung erreicht. In den 50er Jahren ging man noch davon aus, dass man niemals eine Landung vollautomatisch durchführen könnte. Heute ist es problemlos möglich, den kompletten Flug von einem Autopiloten durchführen zu lassen. So wurde der Autopilot einmal als das Allheilmittel gegen Flugunfälle angesehen, und wurde weiterentwickelt. Dann allerdings passierten einige Unfälle in deren Folge sich herausstellte, dass die Piloten nicht mehr in der Lage waren, die komplizierten Vorgänge in ihren Flugzeug-Systemen zu verstehen oder nachzuvollziehen. Dies lag daran, dass automatische Vorgänge nur modellhaft dargestellt werden können und dass ein Eingreifen des Menschen nur begrenzt möglich oder gewollt war. Im Falle eines Systemausfall waren die Piloten hin und wieder nicht mehr in der Lage, das Flugzeug als Gesamtsystem zu beherrschen.

Aus mehreren Gründen kann man aber trotz der hochgradigen Automation in Zukunft nicht auf den Menschen im Cockpit verzichten. Erstens gibt es Flugsituationen, die nicht automatisierbar sind. Zweitens wird eine Fernsteuerung lediglich als eine Verlagerung des Cockpits angesehen. Und drittens wird ein Flugzeug ohne Piloten an Bord wohl kaum von den Flugpassagieren akzeptiert. So wurde aus Untersuchungen der Schnittstelle Mensch / Maschine eine neue Form der Automation entwickelt. Dabei handelt es sich um kognitive Assistenzsysteme, die im folgenden skizzenhaft dargestellt werden sollen.

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