| 送交者: 连横合纵[♀★★★金嗓俏丽吴姝★★★♀] 于 2019-03-20 6:11 已读 9702 次 2 赞 | 连横合纵的个人频道 |
作者：连横合纵、Fremont 6park.com我觉得这个帖子首发后，在经济版遇见航空迷、资深的工程设计出身的车版版主Fremont, 小姐姐和F版的即兴讨论也堪称为留园BBS高水准讨论的范例，此处特地合并加上专门发纵横版。 6park.com题目里QL网友是我的老朋友，科技频道资深读者，航空材料等方面的专家。小姐姐这个留园最飒爽的Geek，也是科技版老版主很久没有写科技热点原创了，我其实也是慢热型，抛砖引玉写了一则----建议航空工程学的小白们先仔细阅读我提供的背景知识，否则你都不知道小姐姐在跟网友讨论的是什么。 6park.com独家对Boing 737 Max半年两起空难原因分析（原创） 6park.com作者：连横合纵 简言：两边机翼鼓起，高涵道涡扇飞机发动机包，易起飞失速，正常起飞如恰遇机头两边迎角失速，传感器虚假数据送补丁MCAS系统纠正处理，结果起飞時的抬升机头强迫向下，俯冲地面酿成惨剧。 6park.com6park.com具体分析如下： 6park.com 1.原始短腿起落架： 6park.com 优点：利于适应简易高低不平机场起降，旅客可不经弦梯上下飞机。 6park.com 缺点：降低机翼离地面之间空间高度。 6park.com 2.高涵道涡扇发动机安装惹的祸： 6park.com 涵道比=飞机发动机直径/发动机长度，比值越大，空气进气量越大，推力越大，经济性越好，涡扇发动机向高涵道发展。 6park.com 各国最先进单通道客机(包括中国大飞机C919)旡一例外地採用经済性好的高涵道LEAP-1C涡扇发动机，在不加高起落架下，波音737 MAX飞机上安装LEAP-1B或LEAP-1C等带椭圆形整流罩的LEAP型发动机，由于原始起落架设计造成哦低矮机翼，发动机势必超出机翼上部，结果在两边发动机机翼处各鼓起一个大包。 6park.com 我们知道飞机升力来自机翼。其截面上表面是弧形，下表面是平面，上面路径长空气流速快，空气对机翼向下压强小，下面路径短空气流速慢，空气对机翼向上压强大，上下负压强差形成飞机升力。 6park.com 起飞時，两个大包产生更大升力，势必机头会更高抬起，过猛引起失速，即当飞机与地面之间夾角大到近似≤90度時，飞机近似垂直地面，失除升力，整个飞机螺旋下堕尾部向下砸向地面。 6park.com 如操纵尾喷矢量发动机脱离失速改为平飞状态就是军机契比雪夫眼镜蛇动作。 6park.com 为防客机失速，波音公司增加补丁机动特性增强系统MCAS(Maneuvering Chara-ctericstics Augmentation System)，机头两边迎角传感器获取机头突然抬高失速迹象数据给MCAS自动调整机头向下以避免失速。如果传感器给错误失速数据则起飞飞机将俯冲冲向地面，由于离地高度有限驾驶员反应時间有限，短時拉起飞机毫无可能，空难惨剧发生。 6park.com 更不可思议，两个迎角传感器数据相互独立，没有相互交叉检测，其中任何一个出现大迎角读数都会导致飞机“自动俯冲” 6park.com简直就是谋财害命。 6park.com 3.小姐姐设想的解决办法： 6park.com 1)克服迎角传感器虚假数据； 6park.com 2)升高起落架，动一髮牵全身，重新设计 6park.com 3)降低涡扇发动机涵道比，消除两个大包 6park.com 4)高涵道涡扇发动机移至后机身或尾翼 6park.com 以上分析对否？请批评指正 ，抛砖引玉！尤其欢迎QL网友等参加讨论。 原创部分结束，背景知识如下--小姐姐建议收藏，这是关于民用航空工程绝佳的一个全面科普帖子，不是为了吃737MAX事故的人血馒头哈。 6park.com大讨论部分 作者：Fremont，连横合纵 F： YC-15以及后来发展出来的C-17表示，飞机都是楼主这样用键盘设计的，波音应该重金聘请楼主帖子里的小姐姐 6park.com 连：你也不用挖苦我，起码有一点是一致的--所有的改进，包括我提的以尾吊式发动机替代现在它的机吊式发动机布局，都涉及到大动空气动力学布局与设计、、、、、总的印象，我对四发动机设计飞机的好感要多过漂亮的双发动机，理由你懂的吧。尾吊式发动机布局其实没有致命弱点--位置高，地勤维护成本比较大，但这种布局的技术要点---主要是后座力矩与重心的平衡问题，总比现在max8这种情况要好办得多。 至于你说到麦道设计的两款短场短距离起降军用运输机，我就说说YC15里面可以供737Max改进的地方----YC-15发动机挂架为模块式设计，这是一个很实用的设计，适应不同直径的涡扇发动机。 6park.comF：为啥2发能取代4发？ 为啥尾吊不再流行？ 737的确有原始设计上的局限性毕竟设计的年代久远，但波音的功力也不是你能随便喷的，连我这样的门外汉都看不下去。 737为啥能成为常青树？ 而起落架高的757反而很快就寿终正寝？ 波音不比你清楚？737Max目前的气动没任何的问题，只是发展潜力已经用尽而已。为了追求燃油经济性，进而牺牲安全性，你以为波音疯了吗？ 6park.com 6park.com连：燃油系统的经济与成本问题考虑过于优先，有可能就是牺牲了最好的气动安全方案！我的话的涵义你也应该懂的。现在省油优先的别名是“环保”。 6park.comF：环保？ 航空公司看的是燃油经济性，哪个航空公司把环保放第一？ 至于你说的什么尾吊，那和设计一架新飞机有多大的区别？ 但是，尾吊的问题太多，所以目前除了小型的商务机，大家早就已经弃用了，再也回不来了。小姐姐是不是觉得这样的设计是不可思议呢，人家几十年前就试验过的气动布局，小姐姐不知道也是可以理解的 6park.com连：它的发动机挂架可以适应不同尺寸和推力的涡扇发动机，当然还有著名的外部吹气襟翼（EBF）布局---后掠翼、NASA超临界翼型，最重要的是EBF的长度占据机翼后缘的四分之三，据说主要凸起的气动布局能够完美的利用康达效应、、、、古为今用，请737借鉴又有什么不可以呢？ EBF即： 6park.com F：所以您就得出了737 max的发动机布局不合理的结论？ 你连737max细节的设计都不看看就开始狂敲键盘？ 6park.com 6park.com 6park.com连：我没有喷737max的EBP，我是说应该重新设计机动性更好的发动机挂架也是一个途径，如果保持翼吊布局的话。 6park.comF：737的翼下空间就那么大，您给波音出个重新设计的方案吧,你来看看A350和777X的发动机布局吧 6park.com连：说句题外话，前段时间这里讨论空客A380停产问题，我好象就说过，总有一天人们会怀念空客的良心设计，要么这款会复产，要么干脆中国把技术给购买了：）当然后面一句是开玩笑。果不其然，这才一个月呢 6park.comF：因为空客迅速推出了A320 Neo, 波音短时间内无法开发出全新的机型应对加上757很不成功，波音只能在原有的737上改进，可以说这是没办法的办法。 但是波音毕竟是波音，在一个近50年前的基础设计上改进出来的飞机，还有这么优秀的性能，功力了得，737可以说是非常牛逼的飞机，超过1万架的产量+5000架的订单，已经很能说明问题。 6park.com当然，再牛逼的公司，也会犯错，波音这是如果不能很好的吸取教训，后面走下坡路是必然的。波音这次出事，和2发还是4发有什么关系？ 胡乱联系，还是洗洗睡了吧 6park.com 6park.com 6park.com737 Max不能大迎角起飞？ 要不要看看这个视屏啊737 max大坡度起飞和盘旋视频 连：战术动作都能做，前提是俩传感器能够交叉检验，不发神经！ 6park.comF：没人否认波音这次的问题，但喷气动布局是个低级的喷法 6park.com飒爽英姿的留园资深科技与经济类Geek小姐姐 6park.com ---------- 背景知识1 6park.com 出行不要买波音737飞机的机票，737在最开始设计时候发动机很小，后来换大号发动机时候发现原来设计的位置装不下，为了避免起落架太矮（轱辘太短）导致发动机太靠近地面而发生吸进去异物的隐患，把发动机位置向前调整，并且抬高了发动机高度，这导致发动机尾气吹主机翼（大翅膀）造成机翼升力层过早分离（就是不能大角度起飞，不能仰头太高起飞），波音做了很多试验都不行，波音干了最不靠谱的事儿，他们简单的要求飞行员不要大迎角起飞，后来发现这样做根本不实际，波音又干了第二件不靠谱的事儿，他们在飞机上安装了一套改装件，特别简单粗暴的强迫飞机自己低头，可是这个改装件是临时加上去的所以可靠性不够标准，经常自己发飙强迫飞机自动低头（这里你问不够标准还能装？因为波音是大公司，测试不够可以靠名气冲面子）， 6park.com这个简单的强迫低头系统是所有飞波音737的飞行员的心病，最近这个系统又出毛病了（以前也抽风过但是后来好像修好了，直到最近），所以出行不要选择波音737，等波音公司对于最近两次737坠毁做出亡羊补牢的修改以后再说，737永远无法做出最佳修改方案（起落架改高）因为加长的起落架无法收进起落架舱，而想要增长起落架舱则等同于飞机回炉重造，唯一的办法就是增加一套强制性低头系统的传感器，让传感器有一个备份功能（避免抽风），并且升级强制低头系统的软件来增加可靠性，等他们改好了再坐波音737，其他型号的波音飞机没有这个问题，只有737。 6park.com说到这儿肯定有聪明人会疑惑“既然知道问题为什么不在新生产的型号上做改进？” 6park.com问得好，原因如下。 6park.com因为737已经生产了近千架，是波音公司的财政栋梁，重新设计737将会消耗波音巨大财力和公司信誉（相反坠毁几个却不怎么影响信誉，例如私家车有毛病不怎么影响企业形象，但是公开召回某一个型号就不行，销售马上跌倒谷底），再来就是如果真的新型号737修好了这个问题，那么之前生产的737怎么办？无法修理，无法改装，回收等于企业破产。。。。唯一能做的就是厚脸皮硬挺，这就是残酷的现实。。。。 6park.com背景知识2 6park.com什么是737MAX等737系列上上的MCAS系统？ 6park.com---波音 737 Max 上的 MCAS 系统，在基于速度配平系统（Speed Trim System, STS）的基础上增加了一个新功能。简单来说，当在全重小、重心靠后且推力大的操作条件下，驾驶员需要手动激活系统，提高飞行性能，减少“机翼一头跑”这种情况的发生。 6park.comSTS 通过指令，将速度以相反的方向移动，使飞机返回到配平的速度。而 MCAS 系统，是将原本的速度配平模式中的当前空速+迎角来指令，变成单纯根据迎角来指令安定面配平，而且，波音 737 Max 上，只要有一个迎角的指令，就可以激活 MCAS 系统。 6park.com 6park.com所以，当驾驶员驾驶波音 737 Max 过程中，拥有 ST 以及 MCAS 这两个模式的速度配平系统。平时，速度配平系统工作在 ST 模式，在接近失速的时候需要转换成 MCAS 模式。但在这次事故中，波音没有更改速度配平系统的数据源逻辑，只使用一侧迎角探头的数据，使得 MCAS 有机会异常激活。 6park.com 6park.com而根据《西雅图时报》的报道，代表 FAA 参与 737 Max 认证的前波音飞行控制工程师表示，一架飞机上的系统是否可以依赖一个传感器输入，还是说必须有两个传感器输入，都由系统安全分析中的危险评估分类所决定。 6park.com 6park.com激活 MCAS 被归为“危险性”等级，其要求故障概率小于一千万分之一，通常必须至少有两个单独输入渠道，以防止其中一个出现故障。 6park.com 6park.com与所有 737 一样，Max 实际上有两个传感器，位于驾驶舱附近的机身两侧。但在埃塞俄比亚空难发生之前，MCAS 系统只是从其中一个感应器中读取是否激活，在 MCAS 系统使用过程中，由于机翼的角度一直偏，从未反馈给驾驶员，或者发生任何警报。 6park.com 6park.com就目前来看，在波音 737 Max 上的 MCAS 系统激活前，感应器并没有给出正确的指令，驾驶员只通过一个感应器提供的迎角度数，指令激活 MCAS 系统。而在激活之后，角度越来越倾斜，与机体本身的行驶状态并不一致，所以才会造成这样一起事故。 6park.com 6park.com根据初步调查报告中提供的黑匣子数据显示，两个传感器的读数相差约 20 度，而且在起飞前、飞机在地面上滑行时也是如此，未曾改变。 6park.com 6park.com而在这种危险情况发生之后，波音 737 Max 并未有两套解决方案，以应对紧急情况。所以，在驾驶员不知所措的情况下，才会酿成如此大祸。 6park.com-MCAS基于安定配平系统而不是机组正常操纵的升降舵。 6park.com 6park.com-MCAS实际上是新的737MAX从前辈737NG上面继承的速度配平系统的一个新模式。 6park.com 6park.com-MCAS系统没有能力在单次启动中把俯仰配平调整到足以让飞机失控的地步（每次最大调整2.5度[2]，737MAX电动俯仰配平范围大约有15.2度[4]）。 6park.com 6park.com-MCAS系统的逻辑上没有设计抑制功能，也就是说迎角数据出现异常，系统有可能会错误激活。 6park.com 6park.com-波音提供给机组的737MAX飞行机组操作手册在关于配平的描述部分与老的737NG完全相同，没有提到新加入的“增强版”的MCAS系统。 6park.com 6park.com-MCAS系统会被安定面配平切断电门完全切断。 6park.com 6park.com-狮航事故一周后(11月6日)，波音向全球运行737MAX的航空公司发布了一份"飞行机组操作手册通告"(Flight Crew Operations Manual Bulletin, OMB), 警告机组MCAS可能出现的问题，以及正确的处置程序（上文所说的切断安定面配平电门）。这份手册通告是所有737MAX的飞行员都必须熟练掌握的。 总结一下：MCAS是波音在速度配平系统上增加的新模式，使得速度配平系统从737NG原来的一个模式变成737MAX上面两个不同的模式，但是波音没有更改速度配平系统的数据源逻辑，只使用一侧迎角探头的数据，使得MCAS有机会异常激活。 6park.com3 月 17 日，《西雅图时报》发表了对波音空难事件的调查报道，揭露了波音公司和联邦航空管理局（FAA）之间的“暧昧”关系，以及波音新机设计可能存在的致命问题。《西雅图时报》所暴露的飞机安全监管缺位，飞机技术测试、披露和培训存在重大缺陷，已经引起了交通部内审机构的调查。 6park.com《西雅图时报》曝出的波音安全评估存在的问题摘要如下： 6park.com1、对新飞行控制系统的能力轻描淡写，MCAS 系统的目的在于向下推动喷气机机头以降低失速风险。当飞机开始服役后，MCAS 系统移动尾翼的角度四倍于安全分析中声称的角度，狮航失事飞机的黑盒子证明了这一点。 6park.com2、波音没有解释 MCAS 系统在每一次飞行员反应后是如何重置的，因而没有陈述系统反复往下压机头的潜在影响。 6park.com3、安全评估报告将自动化系统评为仅次于“灾难性”（catastrophic）级别的“危险性”（hazardous），但是即便如此，系统也应该事前杜绝只从一个传感器接受信号，但是波音恰好没干这件事。 6park.com 图 | MCAS 系统在 737 Max 新机上的运行机制（来源：《西雅图时报》） 6park.com埃航空难静悄悄 6park.com在 3 月 10 日 737 Max 第二次坠机事故前，波音和 FAA 对于机动特性增强系统（MCAS）的安全评估内情都十分清楚，当时《西雅图时报》向波音询问内情，但未获回应。 6park.com空难发生后的 3 月 15 日，FAA 声称，该机构遵循了 737 Max 安全认证的标准流程。当时的发言人还表示，FAA 日理万机，不能进一步做深入的调查。 6park.com次日，波音表示，FAA 认为 Max 认证期间的配置和参数没毛病，波音的 MCAS 系统符合所有安全认证和监管层的要求。除此之外，波音对于 MACS 系统的具体问题讳莫如深，表示事件调查正在进行，不能透露。 6park.comFAA 内部一些技术专家表示，印尼政府在去年 10 月份的狮航空难中已经明确暗示，MCAS 系统是 FAA 飞机安全认证不合格的证明，波音自己造飞机，波音员工自己检查认证飞机的安全性，这是极其不合理的。 6park.com不同于波音以往给飞行员完全自主可控的飞行权力，Max 的新 MCAS 自动飞行控制系统被设置成无需飞行员操控，就自动执行程序。波音之所以这么做，是因为 MAX 发动机更大，被安装到了机翼上，这改变了机身的拉升力。这套自动化系统，只有在失速情况下才会被自动激活，MCAS 强压机头这一操作，使得飞行员体验到和飞旧款 737 机型同样的感觉。 6park.comFAA 将飞机安全认证交给波音自己？ 6park.com因为缺钱缺资源，近几年 FAA 越来越多地将安全认证工作交给飞机制造商自己完成。在 FAA 内部，之前因为批准波音新机型和改版机型的安全事宜，员工内部已经出现了意见分歧，一些员工害怕被打击报复。在 737 Max 机型开发之前，FAA 内部这种消极的工作环境就已存在已久。 6park.com2015 年，当波音急于追赶空客，谋求快速认证 737 Max 之时，FAA 力推将一些安全检测任务委托给波音自己，以快速出具安全分析报告。随着 737 Max 交付至世界各地，这一报告交给了欧洲、加拿大等地航空局。 6park.com早在 737 Max 认证工作开始，FAA 工程师团队就将技术评估工作委托给了波音，而不是把这些重要的工作留在 FAA 体系内。FAA 一些内部技术专家还证实，随着认证工作的展开，经理们让他们加快进度，因为 737 MAX 的进度落后于空客 A320 neo 9 个月，当此关头，分秒必争。一位前 FAA 安全工程师回忆道：管理层要求重新评估哪些工作可以委托出去，他们认为 FAA 自己保留的工作太多了。关于“安全外包”给波音自己的讨论没有间断，一项接一项。到了后来，审查波音自己提供的报告这一环节的时间都被大大缩短，为了冲时间节点，他们没时间看了。当安全评估专员没时间看波音的报告的时候，经理们会草草签字，或者把报告打回波音让他们自己审。毕竟，管理层拥有决定权，而非技术专家们。 6park.com在这样的“安全外包”的工作氛围下，MCAS 系统安全分析报告在堆积如山的文件里显得不起眼，最后被打回波音让他们自己审。 6park.com波音提供给 FAA 的原始文件表明，攻角最大为 0.6 度。在飞行测试后，攻角被大幅增加，这样尾翼才有足够的力量扭转失速局面。但是飞机在大幅提高攻角之后究竟如何表现，这是难以预测的。狮航事件后，波音向航司披露的 MCAS 攻角为 2.5 度，FAA 官员和各国监管机构对这个数字都是闻所未闻，因为他们只见过 0.6 度的攻角。 6park.comFAA 前安全工程师表示，像在飞行测试后修改攻角这类行为必须及时披露，波音没有上报最大攻角数据不合规矩。而波音的飞行控制工程师认为，波音这一行为，说明波音的安全评估人员并不认为在修改了最大攻角参数后会对飞机造成灾难性的影响。 6park.com单传感器系统故障造成“灾难性”空难 6park.com对于民航客机来说，飞机的设计是静稳定的。在波音公司向联邦航空局提供的原始文件中，有这样一份说明，其中规定 MCAS 系统可移动水平翼的限制为 0.6 度，让飞机机头下掉的最大物理限制为 5 度。 6park.com而波音关于 MCAS 系统安全分析的底线是，在正常飞行中，MCAS 的最大假设权限为 0.6 度被激活，就归类为“重大故障”，这意味着它可能会对飞机上的乘客造成身体伤害，但不会导致死亡。 6park.com在极端情况下，特别是当飞机处于倾斜下降螺旋时，激活 MCAS 被归类为“危险性”等级故障，这意味着它可能对少数乘客造成严重或致命伤害，但仍然比“灾难性”低了一级，后者代表飞机损失大量人员遇难。但在波音 737 Max 上，靠单一传感器的信号，就可以阻止飞行控制系统的启动，而这套系统恰恰是这样设计的。 6park.com图 | MCAS 系统在 737 Max 新机上的运行机制 6park.com 6park.com 6park.com 6park.com专业培训缺乏，终酿成大祸 6park.com非常有趣的是，波音的高傲姿态在驾驶员培训上发挥得淋漓尽致。在印尼狮航空难之后，世界各地驾驶波音 737 Max 飞行员才从新闻当中才被告知，MCAS 系统存在的风险，以及如果 MCAS 系统被异常激活，该如何处理。 6park.com在此之前，从未有过任何官方的相关专业培训。波音公司坚持认为，狮航的飞行员应该已经认识到水平稳定器的运行是不受影响的，并且应该采用标准的飞行员检查表，来处理“稳定器失控”的极端情况。 6park.com由于 MCAS 系统只能在远远超出正常飞行范围的极端情况下激活，波音公司决定不需要对驾驶波音 737 Max 的飞行员进行额外培训，即使在飞行手册中，也没有提到如何处理异常激活下的处理方式。 6park.com美国航空公司盟军飞行员协会的发言人 Dennis Tajer 对《西雅图时报》的记者表示，他从旧的 737 NG 驾驶转向新的 737 Max 的培训，只需要在 iPad 上进行一小时的会议，就完成了培训，并不需要在模拟器上驾驶一段时间。 6park.com在埃塞俄比亚空难发生之后，美国西南航空公司飞行员协会批评波音公司在 737 Max 飞行员手册中没有提供有关 MCAS 系统或其可能发生异常激活等故障信息，以及解决办法。 6park.com就目前来看，在埃塞俄比亚空难当中，由于驾驶员没有在飞行前得到关于这个飞机的全部信息，最终发生如此大的事故，而波音公司没有妥善地处理故障问题，加大对飞行员的回访、培训力度，这都是波音推卸不了的责任。对于整个航空业和波音公司来说，都是一次血的教训。 6park.com此次调查最终会引向何方，仍未可知。但毫无疑问的是，波音、FAA 和美国交通部的公信力已经大打折扣。接下来，或许就该美国司法部出场了。 6park.com背景知识3 6park.com五个月内，波音737-MAX已经摔了两架，而且不是年久失修的老机型，而是刚刚接收了几个月的新飞机！两次事故都是飞机直接拍到地上而坠毁，两次事故均无人生还，飞机全部碎成小块。 极为惨烈的坠毁坑，引起的震波甚至被地震仪测量到了！ 6park.com算上2018年印尼JT610航班事故，波音737-MAX已经发生了两次机毁人亡的特大事故。本着对人民群众生命负责的态度，我国于3月11日18时将波音737-MAX机型全部停飞。 6park.com说到这里，估计又要提起给顾客配备降落伞的事儿。要知道，就算是专业飞行员跳伞也是非常危险的事情，即便有弹射座椅的帮助，也不能保证100%成功。今年2月22日印度两架表演机相撞，弹射的飞行员一死一伤。 在飞行姿态无法控制的情况下，专业飞行员加弹射座椅都非死即伤，何况是完全未经训练的乘客，就算弹射出去也不过留个全尸而已。如果飞机的姿态可以控制，那你跳伞干什么？ 伞降时运输机姿态是完全正常的，只不过这种情况下乘客为何要跳伞呢？ 6park.com 6park.com实际上民航客机的安全余量是非常高的，只有一个引擎失灵的情况下无需惊慌，按照ETOPS标准，只要你在一定时间内可以找到备降机场就行了。国际上通行的时间一般都是180分钟，有的机型已经达到330分钟。五个小时已经足够你飞越整个中国，怎么可能找不到机场呢。 6park.com即便是两个引擎全部失效的情况下仍然可以滑翔飞行很远。最著名的一次事故是被搬上荧幕的加拿大143航班事故，这部电影叫《Freefall Flight 174》，这架波音767飞机滑翔45英里，在一个叫基米尼的小机场降落。史称基米尼滑翔机，重达95吨。凑巧的是，这次事故也是由于不熟悉新飞机发生的！ 6park.com可见，只要能够控制飞行姿态，即便是迫降，生还率也是非常高的。 6park.com而一旦飞机失控，那真的是神仙难救，这种空难往往会导致飞机整个拍到地面上，极为惨烈，也是民航客机极力避免的情况。一般而言，这种问题会出现在起飞和降落阶段，特别是起飞时，飞机带着全程燃油，一旦失控后果不堪设想。 6park.com波音737-MAX发生的正是失控坠毁事故，性质极为恶劣。问题出在哪呢？ 6park.com印尼JT610航班事故的初步调查结果表明，这是波音公司的一个补丁搞出了大事！ 6park.com 6park.com JT610航班一直在俯冲和拉升之间挣扎最终坠机 6park.com波音737飞机竟然会“自动俯冲”！这简直就是杀人啊！印尼事故的调查发现，737-MAX新增了一个名为MCAS（机动特性增强系统）的系统。这个系统算是一个补丁，解决波音737-MAX的“自动抬头”问题。 6park.com问题是，他为什么会自动抬头呢？原因出在波音737这款飞机的原始设计上。当年设计波音737的时候，发动机技术还没有那么发达，原型的波音737-100用的是涡喷发动机。为了方便维护发动机，同时也方便适应当时普遍存在的糟糕基础设施，波音737的起落架设计得相当短。这也是大多数军用运输机的特征：为什么要短呢？因为军用机场可没有梯子让你上下飞机，你得自个儿走下去！波音737正是因为可以满足大部分简陋机场的需求，故而成了民航市场的大赢家，产量已经超过了一万架，订单达一万五千架。而他的竞争对手空客就比较傲娇了，老子的飞机就这样，要用你就自己造机场去！ 6park.com 6park.com 6park.com 6park.com 6park.com 著名的机场终结者空客A380，国内能起降的机场两只手数得过来，也被称为航空公司的门面，自带装逼属性。不过我喜欢坐深航（小姐姐作证：深航和上航国内航线的空姐是最漂亮的，所以老公每次定深航上航的票我都恨不得跟随，看着），很少坐南航，更没坐过深圳-北京这条A380航线。 所以她最近被官宣停产了…… 6park.com对于中国来说，空客实在是我们的好朋友，因为他的飞机挑机场，而我们最擅长盖机场，最好全世界的国家都找我们来改进基础设施，那生意大了去了。 6park.com可惜，资本总是逐利的，有盖机场的钱我干嘛不多买几架737呢？可凡事有一利必有一弊！波音737设计之初没想到发动机会越做越大！自从1984年CFM56-3型发动机装上波音737-300之后，400、500系列就出现了椭圆形整流罩。 6park.com 到了波音737-600时代，CFM56-7型发动机采用了1.55米直径的24叶片宽弦风扇，这一改动使得波音737-600以后的型号继续加高发动机。 6park.com但大家要知道，发动机是不可能无限加高的！波音737起落架高度一日不改，他就不可能搭载更大涵道的发动机。比如说中国商飞的C919搭载的LEAP-1C发动机，波音737-MAX就没法上。 6park.com 6park.com737MAX选用了CFM公司最新的LEAP-1B发动机，对比起上一代737NG的CFM56-7B发动机，新的发动机在经济性变得更好，噪音变得更低，排放变得更小的同时，发动机的直径增加了8英寸[5]。为了让发动机有足够的离地空间，波音在把前起落架加高8英寸[6][7]的同时重新设计了发动机挂架，让发动机更接近机翼，但是这也可能导致了一个问题：气流干扰。 6park.com 图7. B737-MAX8与B737-800的叠加侧视图，黑色代表B737-MAX8，蓝色代表B737-800. 背景图来源: 737 Airplane Characteristics for Airport Planning [6][7]. 从图7可以看出来，相对于蓝色737-800，黑色的MAX8的发动机大小较大，而且相对要高于老的发动机，在大迎角的时候流经飞机机翼的气流可能更容易受到干扰，一定程度上可能导致新飞机在进入失速（迎角大于一个临界值，此时机翼上表面气流与机翼分离，继续增大迎角的话升力反而会降低）之后操纵比老飞机差。新的737MAX在推力变化下的带来的额外抬头力矩可能会比737NG要大，可能导致迎角进一步变大，让失速反而变得更加严重。 6park.com为了说明这款发动机的竞争优势，这里把广告图给大家贴上：涵道越做越大，经济性越来越好，如果装不上LEAP，就意味着经济效益的损失，波音最赚钱的飞机就会被后起的中国C-919，巴西的ERJ，俄罗斯MC-21挤压。波音打死都要把这款发动机塞进去！ 6park.com
6park.com这就是为波音737-MAX研发的LEAP-1B，不仅尺寸比中国C-919的LEAP-1C小了一圈，经济性也不如后者，更糟糕的是这款大发动机高过了翼面，恶化了波音737的空气动力外形！ 6park.com波音737从1968年定型发展到今天，各项技术参数都已经十分成熟，牵一发而动全身。而且当年的设计师团队随着时间的流逝已经作古，新团队谁敢改气动外形啊！然而问题还是出现了，波音737-MAX装上LEAP-1B之后，可能出现自动抬头的情况，可想而知，如果不能及时控制，必然是客机失速坠毁。 6park.com 6park.com怎么办呢？ 6park.com蒋校长旧文《 造舰遇困局，美国人该头疼了 》曾经提过，美国海军已经几十年没搞出靠谱的驱逐舰了，80年代的阿利伯克级修修补补接着用，这就是人才断档的直接反映。美国每年毕业的理工科人才是中国的十三分之一，没理由只影响船厂不影响波音。从737-MAX的情况看，已经垄断多年的波音无力也不想花大价钱大改737。 6park.com加个补丁吧！如果客机出现自动抬头的情况，那就“自动俯冲”，完美！波音团队万万没想到的是，电脑判断的依据是传感器，而传感器非常不靠谱！ 6park.com 6park.com波音737-MAX机头这两个迎角传感器的数据是互相独立的，没有做交叉检测，其中任何一个出现大迎角读数时都会导致飞机“自动俯冲”。这简直就是朱姆沃尔特级驱逐舰的翻版！美国设计天才们在如此要命的自动控制系统上不做备份。朱姆沃尔特级两次海上趴窝最多不过叫拖轮，但波音737-MAX是民航机，这简直就是谋财害命啊！ 6park.com印尼航空正是因为在传感器故障的情况下四次勉强飞行，坠毁前一次已经出现了飞行员操纵困难，但没有引起任何重视。 6park.com这在中国民航里简直就是天方夜谭！ 这也是中国购买了96架波音737-MAX却未发生类似事故的直接原因。只要你不带病飞行，在空中突然坏掉的概率还是挺小的（但绝对不可容忍）。事实上，中国的地勤拯救了不少声名狼藉的飞机。比如经常摔机的米格-21和图-154！ 6park.com 6park.com图-154是史上事故率最高的飞机，但解放军的图-154侦察机始终零事故。 6park.com可世界上像解放军这样纪律严明，信仰坚定的组织毕竟是绝少数，靠人定胜天去解决设计师留下的BUG也非长久之计。所以波音737-MAX果然被停飞了。 6park.com现在，两架飞机三百多人因为波音公司的“天才设计”粉身碎骨，波音公司那帮设计师挫骨扬灰你赔得起啊？但美国媒体可是相当的“冷静”，好像这件事和波音公司没有任何关系。美国联邦航空管理局FAA依然力挺737M，发通告表示不会停飞。 风子不由感慨，这双重标准可真厉害！ 6park.com 6park.com波音股票盘中已经跌了13%了，这或许成为美国股市的黑天鹅。 6park.com要我说，做人不能太波音，否则起飞了都抬不起头~~ 6park.com 6park.com顺便说一下，这是铁血网创始人老蒋（人送外号蒋校长）新开的一个，深度讲解大国博弈，解析国际时局 背景知识4 6park.com要了解这一套737-MACS系统，咱们得从最基本的飞行器原理[1]谈起： 6park.com对于民航客机来说，飞机的设计是静稳定的，也就是说，飞机在遇到外力影响（气流等）偏离原有姿态后，飞机会出现一个力矩让飞机返回原有的姿态，如图1左侧所示，小球（飞机）在偏离碗底（原有姿态）之后，会有一个跑回碗底（原有姿态）的趋势: 6park.com 6park.com图1. 静稳定(a),静不稳定(b)与中性稳定(c). 来源:https://www.researchgate.net/figure/position-of-mass-point-a-Positive-static-stability-stable-equilibrium-b-Negative_fig4_320216159 对于这样的设计，飞机的重心会处于升力中心的前面，这就带来了一个让飞机低头的力矩，虽然说平时飞行的时候推力带来的抬头力矩会补偿掉这个低头的力矩，但是考虑到发动机的力臂较短以及飞机推力与升力之比较小（考虑升力约等于重量），只有大约0.16的样子，低头的力矩会比抬头的力矩大不少，导致飞机一直有一个低头的趋势，那怎么办呢？ 6park.com 6park.com图2. 民航客机中重心与升力/推力的关系，以及升力/推力带来的力矩. 背景图来源: 737MAX_Airplane Characteristics for Airport Planning[6]. 6park.com解决方案就是：既然扭矩是升力带来的，那么我在飞机尾部弄另一个水平安定面带来负升力把扭矩抵消不就好了么 [图3] :p ： 6park.com 图3. 民航客机中重心与升力/推力/负升力的关系，以及力带来的力矩. 背景图来源: 737MAX_Airplane Characteristics for Airport Planning[6]. 6park.com有了这个负升力，飞机就可以处于平衡了。当然，负升力实际上是抵消了一部分升力的，但是由于这个负升力到重心的力臂远远大于升力到重心的力臂，这个负升力会比升力小很多，所以影响不大 (不过一般来说，在正常范围内靠后的重心会比靠前的重心带来更好的性能与更低的油耗)。 6park.com这里还有一点，飞机的重心位置以及升力/推力大小是动态的，所以这个负升力的大小也是需要时刻变化的，这就带了一个可动的水平安定面，所谓的俯仰配平，这也就是MCAS这套系统生效时调整的舵面。 6park.com*对于平时的飞行来说，机组操纵驾驶杆（图4b，推拉驾驶杆是俯仰控制，左右转动驾驶盘是横滚控制）控制的是升降舵，装在水平安定面的末端，而俯仰配平一般只用于平衡力矩。升降舵与水平安定面的关系如图4所示。一般情况下机组要调节俯仰配平的话只需要用手指把两个配平电门（图4b蓝圈处）往上（低头）或者往下（抬头）拨动即可。如果出现安定面配平出现的失控的情况，安定面配平切断电门（图4b红圈处）可以切断安定面配平的电动控制（人工转动配平轮仍可调整配平）。 6park.com 6park.com图4a. 飞机各轴以及操纵面. 背景图来源: B737NG飞机维护手册 B737MAX训练手册 27-00-00 [4] 6park.com 6park.com最基本的原理讲完了，那么这套系统是怎么工作的呢？ 6park.comMCAS,全称Maneuvering Characteristics Augmentation System，机动飞行特性增强系统，这是一套基于老的737NG上的速度配平系统（Speed Trim System, STS）的基础上增加的一个新功能（其实可能说新模式比较恰当）。那么先来简单介绍一下速度配平系统（NG与MAX系统描述一致）： 6park.com速度配平系统(STS)是一个速度增稳系统，其设计目的是：当自动驾驶未接通时，在全重小、重心靠后且推力大的操作条件下提高飞行性能。STS旨在通过指令安定面朝与速度变化相反的方向移动，使飞机返回到配平的速度。STS监控安定面位置的输入、推力手柄位置、空速和垂直速度，然后利用自动驾驶安定面配平来配平安定面。当飞机的速度大于或小于配平速度，则指令安定面朝一定的方向移动以使飞机回到配平的速度。这将增加驾驶杆的操纵力，迫使飞机返回到配平的速度。一旦飞机回到配平速度，则STS指令的安定面移动被取消。 STS通常在起飞、爬升和复飞期间工作。速度配平的操作条件如下所列： 6park.com-在100节指示空速和0.60马赫之间，可完全获得STS马赫增益，达到0.68马赫时，逐步消减至零。 6park.com-起飞后10秒 -松开配平电门后5秒 -自动驾驶未接通 6park.com-感应配平要求 当空速减小至接近失速速度时，速度配平系统配平安定面使机头向下，并使配平量大于抖杆迎角。根据这种配平计划，飞行员必须向后多拉点杆才能使飞机失速。 6park.com-----来自波音737NG/MAX飞行机组操作手册[3][13] 6park.com从上面的描述可以看出来，这套速度配平系统以前的主要目的其实不是对应失速，而是在平时飞行的时候通过微调安定面配平，从而加强飞机自身的静稳定性（减轻机组控制飞机需要的输入量/难度）。对于737NG来说，只有速度配平（Speed trim, ST）这么一个模式，而对于737MAX来说，速度配平系统有ST以及MCAS这两个模式。平时的时候速度配平系统工作在ST模式，在接近失速（迎角过大）的时候速度配平系统转换成MCAS模式。 6park.comMCAS的问题就在于，原本的ST模式是根据当前空速+迎角来指令安定面配平位置的，现在的MCAS变成了单纯根据迎角来指令安定面配平，而且速度配平系统工作时只接收其中一个迎角探头的数据[4]，没有做校验。。。 6park.com注：737系列的水平安定面配平指令分为两种：人工指令（Manual Trim）与自动驾驶指令（Autopilot Trim）。人工指令指的是机组通过按压配平电门发送的配平指令。所谓的自动驾驶安定面配平是指计算机发送配平指令到数字式飞行控制系统（Digital Flight Control System, DFCS,系统组成包括飞行操纵计算机）里面，从而控制配平，这种方法配平范围比人工配平小。 这套系统只会在迎角过大的时候启动，通过往前(低头)方向调整俯仰配平，避免机组继续增加飞机迎角（机组需要带操纵杆才能维持当前仰角）。按照Air current杂志[2]以及波音在狮航之后发布的手册通告的描述[3]，这套系统： 6park.com-仅会在人工飞行，襟翼收上，且迎角过大的时候启动。 6park.com-启动的时候会以最大0.27度每秒的速度移动俯仰配平，每次启动最大移动2.5度（737MAX电动俯仰配平范围是0（低头）-14.5（抬头）单位，一共15.2度[4]）。 6park.com-会被机组的配平指令超控，但机组配平指令结束5秒后如果生效条件仍然满足，会重新开始工作。 6park.com总结一下：MCAS是波音在速度配平系统上增加的新模式，使得速度配平系统从737NG原来的一个模式变成737MAX上面两个不同的模式，但是波音没有更改速度配平系统的数据源逻辑，只使用一侧迎角探头的数据，使得MCAS有机会异常激活。 6park.com*注意是上文的加粗文字是迎角而不是仰角，迎角是飞机翼弦以及气流之间的夹角，而仰角则是飞机水平线以及地平线之间的夹角，两者区别如下图5a（黑圈为迎角）： 6park.com 图5a. 迎角，仰角，爬升梯度之间的关系. 背景图来源: getting to grips with aircraft performance[8]. 6park.com飞机上的迎角数据由安装在机身上的两组迎角探头测量而来[3]，探头类似于一个风向标（图5b/5c），会随风向变化而转动，始终对准飞机实际飞行的轨迹（气流来向），于是迎角就得出来了。迎角传感器在737系列上已经运用了57年（对我说的就是原型机开始就有用了。。），而实际上也不仅仅是737，世界上绝大多数民航客机都有迎角探头，它一直都是用于指示失速最重要的手段[1]。。（失速指迎角大于一个临界值，此时机翼上表面气流与机翼分离，继续增大迎角的话升力反而会降低[1]） 6park.com 6park.com图5b. 737-MAX8的右侧迎角探头，图片来源：http://www.airliners.net/user/cjmoeser/profile/photos 6park.com 6park.com背景知识5 ：737MAX上面最新的LEAP-1B发动机 6park.com 图6. LEAP-1B发动机. 来源: https://twitter.com/CFM_engines/status/971684210942464000 737MAX选用了CFM公司最新的LEAP-1B发动机，对比起上一代737NG的CFM56-7B发动机，新的发动机在经济性变得更好，噪音变得更低，排放变得更小的同时，发动机的直径增加了8英寸[5]。为了让发动机有足够的离地空间，波音在把前起落架加高8英寸[6][7]的同时重新设计了发动机挂架，让发动机更接近机翼，但是这也可能导致了一个问题：气流干扰。从图7可以看出来，相对于蓝色737-800，黑色的MAX8的发动机大小较大，而且相对要高于老的发动机，在大迎角的时候流经飞机机翼的气流可能更容易受到干扰，一定程度上可能导致新飞机在进入失速（迎角大于一个临界值，此时机翼上表面气流与机翼分离，继续增大迎角的话升力反而会降低）之后操纵比老飞机差。 6park.com
图7. B737-MAX8与B737-800的叠加侧视图，黑色代表B737-MAX8，蓝色代表B737-800. 背景图来源: 737 Airplane Characteristics for Airport Planning [6][7].
另外，从图7能看出来，虽然新的挂架确实提高了发动机相对机翼的高度，但是因为发动机直径更大，实际上尾喷管是与老的发动机处于差不多甚至是稍微低一点的位置的，加上新的发动机推力更大（LEAP-1B28的起飞额定推力29317磅[9]，而老发动机CFM56-7B27则是27300磅[10]），在出现飞机接近失速（迎角过大）的情况下，如果飞行员在改出的过程中从原本下较低推力甚至慢车推力一下子推到最大推力，新的737MAX在推力变化下的带来的额外抬头力矩可能会比737NG要大，可能导致迎角进一步变大，让失速反而变得更加严重。
最后：结合上面两点，MCAS比较可能是波音为了提高737MAX的安全性(有点讽刺)而改进的系统。为什么说是改进呢？本质上来说，这个系统是在737NG就有的速度配平系统的基础上增加的一个新模式， 结果没想到太"有力"了。。。 6park.com贴主:连横合纵于2019_03_20 5:43:36编辑
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评分完成：已经给 连横合纵 加上 500 银元！ 6park.com贴主:连横合纵于2019_03_21 23:15:14编辑 6park.com贴主:连横合纵于2019_03_21 23:38:38编辑 6park.com贴主:连横合纵于2019_03_21 23:42:35编辑
贴主:连横合纵于2019_03_22 6:52:22编辑
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