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3月10日埃塞俄比亚航空波音 737MAX8 坠毁——波音的设计缺陷

作为飞友谈谈我自己的看法。

仅就印尼航空2018年坠毁的737 MAX8 而言,MCAS的误判在事故后的报告中被归结为事故成因之一,但是波音极力否认有设计缺陷。

但是MCAS本身就是一个用来补救整体设计问题的系统。

现代飞机大多采用模块化设计,737MAX系列的一大特点就是替换了动力模块,采用CFM LEAP-1B 发动机替换了老一代的CFM56-7系列发动机。

新的发动机涵道比高达9:1,比老机型更加静音省油。新的动力系统也带来了新的问题,CFM LEAP系列发动机更加短粗,因此在机翼上的安装位置也更加靠前。从下面的对比图可以看出,737MAX8相比737-800发动机位置变化。

在原有气动布局变化不大的情况下,这种发动机安装结构的改变在特定情况下就有可能会把机头推得上仰,从而陷入失速的风险。

为了解决新发动机的带来的这个问题,摆在波音面前的是两条路,一条是改造飞机的整体气动布局,从根本上解决俯仰问题。另一条就是用飞控软件控制舵面,对冲上仰倾向。

对于波音来说,重新设计机翼造型等气动布局是一个很不划算的选择,这样有可能带来相当于设计一台新飞机的工作量,也会浪费大量和老737机型的通用设计与零件。

于是波音采用了MCAS系统来解决机头上仰的问题,如下面的视频所示:

MCAS

波音的做法是这样的,在机头侧面设置攻角传感器,传感器上带有一个微型翼面,会被气流吹得上下俯仰。理想情况下,不管飞机是爬升、下降还是平飞,如果飞机的机头与翼面指向平行于飞机的运动方向,飞机的攻角为原始位,那么在气流的作用下攻角传感器的翼面就会与机头指向平行,显示攻角正常;如果飞机机头被发动机推着仰了起来,这时候机头指向就会和飞机的实际运动方向呈一定夹角(攻角),传感器翼面还是会在实际运动方向吹来的气流作用下指向气流方向,这时候传感器会显示出飞机的攻角读数。

当传感器显示的读数超出一定范围内,飞控电脑就会认为『飞机又要被发动机推翻了』,从而激活MCAS,控制机头自动下压 。在这样的操作下,波音认为可以通过程序设计就可以解决新发动机带来的问题。

但是作为事后诸葛亮来看,波音的做法很显然隐藏了危机:

  1. 攻角传感器外部结构为机械传动结构,会有一定的故障风险 ,在起飞降落阶段,由于气流较为复杂 ,传感器读数也可能出现错误,并不一定能显示实际攻角。印尼狮航的事故主要就是就是由此引起。
  2. 电脑完全依靠传感器读数在飞行员手动驾驶的情况下不是发出警报提醒飞行员,而是直接强行压低机头,除非飞行员特殊训练,非常了解这一问题成因,才可能关闭MCAS解决这个故障。如果飞行员误判飞机不受控制原因,则极大可能造成事故。印尼狮航在天上人机互搏十几分钟,固然有训练不足人员误判的原因,波音的设计逻辑也难逃其咎。

总而言之,波音737MAX的机头上仰问题是由于换发带来的,在排除了大改气动布局的前提下,波音试图用MCAS做出补救,但是不论攻角传感器的可靠性以及电脑自动操控的逻辑都值得商榷。在这些问题没有得到彻底解决之前,个人会避开乘坐这一机型,也无比拥护民航局禁飞的决定。

补充几点:

1. 波音737MAX目前只依靠两个攻角传感器之中任意一个激活MCAS启动,没有冗余设计。也就是说在手动飞行模式,襟翼升起后,只要一个AoA传感器故障,飞机就自动下压。华盛顿邮报最新报道有中国飞行员也遭遇过类似情况,好在及时关闭系统接管飞机。

2. 不要以为自动飞行模式就没关系,这时候电脑有更高权限,想怎么飞就怎么飞,自然不用独立系统控制俯仰。美国有至少两起飞行员投诉737MAX自动飞行模式下机头异常下压。

3. 波音对这个问题的态度就是补丁加补丁,目前从FAA通知看要求波音四月份改进软件以及告警系统,估计会在MCAS启动时发出警报。但是新发带来的气动问题无解,不知MCAS启动频率有多高,如果每次都启动报警,飞行员有可能起降时一路听的都是警报音。

4. 同为单通道客机,同用CFM LEAP发动机,空客320 neo用的A型单台最大推力156千牛,C919用的C型133.4千牛,波音737MAS用的B型最大推力只有120千牛。不负责任的猜测,不是不想用大力喷子,是推力再大一点整个FAA领导层挂在驾驶室外面助力MCAS都不够抵充抬头力矩了(大误,起落架高度也装不上11:1的大涵道比LEAP)。

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