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波音737MAX,還有機會嗎?

http://dailynews.sina.com   2020年07月13日 16:25   北京新浪網

  原標題:波音737MAX,還有機會嗎?

  來源:瞭望智庫

  美國當地時間7月1日,美國聯邦航空管理局(FAA)和波音公司完成了波音737MAX的重新認證飛行測試,這使得MAX飛機離FAA批准其復航又近了一步。英國廣播公司稱,這是波音公司的“里程碑”。

  此前,因兩次重大墜機事故,波音737MAX已經停飛超過15個月,這一進展意味着監管部門終於認可了波音737MAX飛機安全性改進建議。

  目前,美國聯邦航空管理局對此表示非常樂觀,但是,復飛後的737MAX能確保安全麼?

  更重要的是,全球人民對737MAX還有信心嗎?

FAA試飛員進行737MAX復飛審定飛行。圖片來源:彭博社FAA試飛員進行737MAX復飛審定飛行。圖片來源:彭博社

  文 | 張仲麟

  1

  新瓶裝舊酒

  波音737系列是民航史上產量最大、最成功的機型。作爲一款1964年立項、1968年投入運行的窄體幹線客機,當同類飛機還在使用三發、尾吊等發動機佈局時,初代737客機已展現出它的超前——雙發翼吊佈局。

  這樣的經典設計出自波音傳奇工程師喬薩特之手。相比三發動機,跨時代的雙發翼吊佈局大幅減少了燃油消耗,不僅如此,發動機直接掛在機翼下面,有效地降低了維護高度以便現場操作。這樣的民航客機佈局自上世紀60年代以來一直沿用至今。

  上世紀60年代波音737所開創的雙發翼吊佈局成爲了民航噴氣機最經典的佈局,一直使用到今天。圖片來源:維基百科

同時期波音737的競爭對手麥道DC9客機還在使用尾吊佈局,這樣的佈局除了不便維護之外,對坐在飛機尾部的乘客也很不友好。圖片來源:維基百科同時期波音737的競爭對手麥道DC9客機還在使用尾吊佈局,這樣的佈局除了不便維護之外,對坐在飛機尾部的乘客也很不友好。圖片來源:維基百科

  波音737成爲了史上銷量最高的機型家族,4代波音737系列(737原始版、737經典版、737NG、737MAX)系列累計產量高達一萬多架,而空客的A320系列累計產量僅爲9000多架。

  在航空業遭受疫情打擊之前,幾乎每幾秒就有一架波音737起降。

第一萬架737MAX被交付給美西南航空。第一萬架737MAX被交付給美西南航空。

  然而,無論更新幾代,五十多年前的設計都對飛機性能產生了極大限制,在時間的不斷推移中,當年的優點成了缺點。從一款客機設計的壽命來看,波音早就該考慮啓動後續同類機型項目,然而,躺在勝利簿上的舒適度讓其“裹足不前”。

  成也低矮,敗也低矮。當年,波音737低矮的高度便於貨艙裝卸貨物和對發動機進行檢修。但是,隨着航空發動機技術的發展以及大涵道比發動機尺寸越來越大,這個高度已經無法滿足新一代發動機的需求了。

  由於機翼下方空間有限,發動機下方又要與地面保持一定的高度以免吸入異物,波音737NG使用CFM56-7B這類新型大推力發動機時不得不“削足適履”。

使用CFM56-5B發動機的A320,發動機外形渾圓。使用CFM56-5B發動機的A320,發動機外形渾圓。

  這給空客提供了彎道超車的餘地。基於上世紀80年代設計的空客A320,比波音737晚一代,在設計上留有了充足餘量,發動機的尺寸不再受限於翼下高度,發動機外形也可以保證最理想的圓形。

  2010年12月,空客宣佈A320NEO項目(NEO,new engine option,即新發動機選項),新的A320NEO可以使用新一代的發動機,包括LEAP1A以及PW1000G。

  在未對A320的基礎設計進行大改動的前提下,使用新發動機可以將飛機油耗至少降低15%,對用戶有着極大吸引力。因此,A320NEO推出後,訂單如雪片般飛來。

  眼看着空客A320NEO的成功,波音有點着急——舊的波音737裝不下更新、更大、更強的發動機,而新客機項目連概念草圖都還沒有。

  爲了和空客抗衡,波音決定將737改一改,使其能裝LEAP1B發動機。該款發動機集成了衆多業內首創,包括三維編織碳纖維複合材料風扇葉片和機匣、獨一無二的防外物吸入系統、第四代三維空氣動力學設計、首次投入商業使用的陶瓷基複合材料(CMC),燃油噴嘴採用增材製造的革新型燃燒室以及輕質鈦鋁合金葉片。

  於是,五十多歲高齡的“老馬車”安裝了最新的LEAP1,737MAX就這樣誕生了。

  但與此同時,五十多年前的陳舊設計必然要有不少設計上的改動,而這些改動就如同打開了潘多拉的盒子。

  2

  MCAS之禍

  爲了應對空客A320NEO的挑戰,737MAX“賣點”要夠。

  一是省油。

  爲了降低14%的油耗,需要在單通道飛機底盤起落架的機翼下方安裝體積龐大的發動機,工程師們絞盡腦汁,將發動機“閃轉騰挪”,並將起落架延長8英寸,終於達成目標。

  二是易於操作。

  波音打出“737NG飛行員無需經過訓練就能飛737MAX”的噱頭,操作變化較小,使原來的波音737飛行員只需翻閱操作手冊就能輕鬆駕駛737MAX。不過,由於加裝LEAP1使發動機位置前移,帶來了操作品質上的變化,若要飛行員不經訓練就駕駛737MAX,須通過其他手段將該變化抵消掉。

  注:飛機操作品質,又稱“飛機飛行品質”,指涉及飛行安全和駕駛員操縱難易程度的飛機的各種特性。

  另外,波音悄然添加了MCAS(機動特性增強系統),它就是造成兩起737MAX空難的罪魁禍首。

  MCAS系統在737MAX系列中首次應用,當飛行員在人工模式下不斷拉桿使飛機迎角持續變大、導致存在失速危險時,MCAS將繞過駕駛員的操作對飛機進行控制。這是一種防止飛行員錯誤操作導致失速的保護措施。

  注:法航AF447空難就是由於副駕駛持續拉桿導致飛機迎角過大而失速,造成飛機墜毀。

MCAS系統介紹。MCAS系統介紹。

  MCAS的啓動主要取決於以下要素:

  1。襟翼收起;

  2。非自動駕駛狀態;

  3。飛機迎角過大。

  其中,判斷飛機迎角需要依賴迎角傳感器數據。波音客機設置了兩個迎角傳感器,均爲機械式風標傳感器,數值準確但故障概率大。如果故障數據偏差過大,經驗豐富的飛行員可以結合其他信息判斷出哪個迎角傳感器出了問題。

波音737上的風標式迎角傳感器。波音737上的風標式迎角傳感器。

  然而,MCAS操控權限極大,可以直接根據傳感器數據越過飛行員進行操控,若有其中一個出現錯誤數據,控制系統很可能根據錯誤數據操控飛機。

  以埃航空難爲例,飛機起飛後,兩個迎角傳感器數值產生巨大偏差,最大時達到了60度。當時,MCAS採用的數值是故障迎角傳感器的錯誤讀數,因此,在起飛之初就激活了MCAS系統,讓飛機不斷地向地面俯衝,導致空難發生。

  如此關鍵的新增系統,飛行員事前居然並不知情——獅航空難發生前,全世界的波音737MAX飛行員都不知道MCAS系統的存在與特性。

  更重要的是,在提供給FAA的說明文檔中,波音對MCAS系統的說明與實際不相符。

  在737MAX進行適航認證時,波音提交給FAA的技術文檔裏對MCAS的描述是,當起作用時對水平尾翼最大作用角度爲0.6度,這是符合FAA及其他國家民航局的要求的。

  然而,獅航空難後,波音在重新提交的說明中赫然寫着MCAS對水平尾翼的操縱能達到2.5度,一下子變成了4倍。

  3

  想要“警告”得加錢!

  迎角傳感器必然引發“血案”嗎?

  民航中迎角傳感器出現故障並不罕見。以目前使用最廣的波音737NG爲例,若發生兩個迎角傳感器讀數偏差過大,會出現提示“AOA disagree alert”(迎角不一致警告),以提醒飛行員兩個迎角傳感器讀數有較大偏差。

波音737的迎角不一致警告提示。波音737的迎角不一致警告提示。

  “迎角不一致警告”是這個系列機型的標配,但是,到了737MAX,成了付費項目。不僅如此,FAA發現波音737MAX上的迎角不一致告警器完全就是個擺設,哪怕花錢買了這個選配功能也無法在發生問題時進行提示。

  對此,波音一直心知肚明。

  隨着調查逐漸深入,更多的問題浮現處出水面。

  FAA在737MAX模擬機中進行MCAS測試時發現,737MAX中某一微處理器存在缺陷,會使飛機機頭朝下,而飛行員無法在數秒內解決這一問題。

737MAX全真模擬機。737MAX全真模擬機。

  在場景模擬中,該處理器的問題會使飛機的水平安定面自行移動,使機頭旋轉向下並失去高度。試飛員執行了安定面配平檢查單,發現操縱桿上電動配平開關並沒有立刻響應,並且配平面持續移動使飛機機頭進一步向下壓。

  試飛員最終解決了這一問題,但是,過程中令人難以接受的遲緩響應使得FAA非常緊張,初步判定是“處理器被從飛控系統傳來的數據所淹沒”,由此“顯著影響了飛行員對於高度急劇下降時操作的響應速度”。

  通俗地說,處理器性能不足,“系統卡了”!

  萬米高空中的卡頓,幾乎是致命的。

  4

  自己查自己,有用嗎?

  存在那麼多安全隱患,737MAX爲何能在號稱“世界上最嚴格的監管機構”的FAA拿到適航許可?

  原來,本來應該負責全部適航審定的FAA,由於“缺乏足夠的人手和經費”將大量的審定項目委託給了波音進行,讓它自己審查自己。波音的訴求是讓737MAX儘快投入商業運營,在這種情況下,審覈的嚴格程度可想而知。

  波音737MAX的項目啓動時間比空客A320NEO晚9個月。爲了替波音爭取時間、加快適航審定,FAA組成了一個小組來評估哪些項目可以委託給波音進行認證,包括覈查737MAX的技術文檔。

  這就解釋了爲什麼FAA沒能發現737MAX的MCAS系統實際與文檔不相符,畢竟這一部分審覈全都委託給了波音。

  在第二起737MAX空難發生後,中國民航局率先宣佈全面停飛737MAX,FAA是最後一個宣佈停飛737MAX的主要監管機構,這使公衆對其信任度大幅下降,737MAX停飛之後暴露出的監管醜聞更使FAA廣受質疑,於是,在波音737MAX的復飛審覈過程中,全球用戶對FAA的信任跌入谷底。

  FAA極力挽回形象,召集全球主要民航監管機構組成多國聯合審查小組,對737MAX進行審查。然而,EASA(歐洲航空安全局)與加拿大民航局對這樣的安排依然不買賬,宣佈獨立進行737MAX的復飛審定,給737MAX復飛帶來不小的變數。

  5

  復飛審定,誠意呢?

  根據波音透露的細節,對737MAX的改進主要在以下方面:

  1。飛行控制系統將同時比較兩個迎角傳感器的數據;

  2。迎角警示器將加在飛機主顯示器之中,免費爲客戶加裝(此前這兩項是收費選配項目);

  3。在襟翼收起的情況下,如果兩個迎角傳感器的差值在5.5度或5.5度以上,MCAS將不會激活,且迎角警示會提示飛行員;

  4。若飛機迎角提示過大,每次迎角告警MCAS將只激活一次;

  5.MCAS永遠不能對水平安定面給出無法讓飛行機組人員通過拉回操縱桿進行抵消的指令,飛行員將能通過拉桿超越MCAS並手動控制飛機並繼續爬升。

  這些改進措施均是在前兩次空難中MCAS系統所出現的問題。

  然而,由於“前科”,僅僅進行這樣的整改,無法滿足各國民航監管機構對737MAX安全性的要求,重新贏得用戶信任。

  2019年4月,中國民航局就對737MAX的復飛提出了以下原則性要求:

  1。要查明飛機設計的適航符合性。

  按照適航標準,對飛機有關係統的設計理念、工作原理、構型定義和安全性分析等方面進行充分評估,確保飛機設計符合適航要求。

  2。要確保有關安全措施得到貫徹落實。

  對必須執行的設計更改和機組訓練,要一架飛機一架飛機地盯、一個機組一個機組地抓,確保每架飛機完成相應的加改裝,每個駕駛員完成要求的訓練。

  3。要與事故調查結論密切關聯。

  要以事故調查官方結論爲依據,充分評估飛機有關設計和改進,以及相應訓練要求,對解決事故調查所確定的問題具有針對性和有效性。

  同年9月,EASA也提出了嚴格的要求:

  1。所有FAA授權委託波音進行審定的項目,EASA全部都要嚴格檢查;

  2。對737MAX展開更大範圍的審查,檢查737MAX的所有設計;

  3。能在任何極端條件下滿足相應的安全要求;

  4。對全球所有737MAX飛行員進行機型培訓。

  諷刺的是,在復飛審定中,FAA依然將一些審定項目委託給波音。

  6

  復飛路漫漫

  今年6月29日的試飛是737MAX的重要節點。如果說波音在改進737MAX的過程中進行的多次試飛都是“模擬考”,這次就是“高考”。

波音前總裁丹尼斯·米倫伯格參與停飛後的737MAX試飛。

  對737MAX來說,通過復飛審定只是個時間問題。關鍵在於需要多久。

  從2019年3月全球停飛開始,原本計劃於3個月後進行的復飛,被推遲到9月、12月、2020年1月,加上新冠肺炎疫情造成復飛審定中斷,讓復飛審定遙遙無期。

  目前,FAA預計在今年9月復飛737MAX。然而,正如前文所言,737MAX醜聞使得FAA的公信力降至歷史最低點,就算它宣佈737MAX通過審定可以復飛,又有多少國家會跟進呢?

  如果主要航空市場監管機構(如EASA、中國民航局等)沒有批准復飛,那麼復飛的效果就會大打折扣。就算737MAX在全球各個民航監管機構都獲得了復飛許可,想要真正復飛還有漫漫長路。

  首先,由於737MAX全球範圍停飛目前已達到15個月,想要從封存狀態中恢復飛行(指目前美國本土被封存的客機),每架飛機需要約200工時,全部飛機正常運作前後至少需要近兩個月。

停飛的737MAX佔滿了波音蘭頓工廠的停機場。停飛的737MAX佔滿了波音蘭頓工廠的停機場。

  其次是飛行員的再次培訓。

  波音推銷737MAX的一大賣點就是不需要額外進行培訓,但血淋淋的事實證明波音的話信不得。考慮到波音737飛行員龐大的數量(光是美國西南航空一家就有9700名飛行員),對全部飛行員進行足夠培訓要花費很長時間。

  最後就是信任。

  每一個旅客都會思考:737MAX是否還安全?上世紀70年代,麥道公司的DC10客機連續發生多起空難,使其收割了“Daily Crash”(每日墜機)的惡名,導致該機型提前退出歷史舞臺。同理,737MAX能否洗清MCAS及連續兩起空難所帶來的惡名呢?

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