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让737MAX机头下压的"保护"功能究竟怎么一回事?

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让737MAX机头下压的保护功能究竟怎么一回事?

作者 | 忠义双全袁宫保

出品 | 网易航

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《波音737技术指南》一书中第一页写着“波音737计划开始于1964年。

在此笔者不得不佩服波音737的顽强的生命力,也许是由于民航飞机一直没有发生颠覆性的技术革命,使得波音737可以缝缝补补,一次又一次的旧瓶装新酒活跃在单通道客机的舞台上。

当然为了紧跟时代,737系列飞机已经发展了以737初始型,737-300,737NG,737MAX为代表的四代,而其平台原始设计造成的瓶颈也越来越明显。

早期的737-200客机早期的737-200客机

737诞生的1967年航空发动机涵道比普遍较低,发动机直径较小。

737也采取了小尺寸起落架设计,这种设计当时优点很多,小尺寸起落架和小尺寸轮舱有效减轻了重量,同时机身较低有利于人员和货物的装载。

随着航空发动机技术的发展,新的发动机推力更大,更省油,涵道比更大,直径也随之变大。

当年波音为737-300换装直径更大的CFM56-3发动机时使出浑身解数,首先将发动机吊架向前延伸突出,抬高到与机翼平齐,然后将发动机附件模块从发动机底部转移到两侧,发动机下方进气唇向上收缩以减小发动机尺寸

以上措施做完还是不行,只好将前起落架加高才获得了足够空间。面多了当然要加水,为此造成的飞机中心前移,只能重新设计后机身来达到平衡。

737NG与早期的737在发动机起落架方面都有明显不同737NG与早期的737在发动机起落架方面都有明显不同

到了MAX,新的发动机直径再次增大了8英寸,于是发动机吊架再次向前延伸,整个突出在机翼前缘前方,并略微上扬,使得发动机吊舱顶部高出机翼上表面。前起落架也再次加高20厘米,由此导致前轮舱前的电子舱要削减尺寸。

另外就像跷跷板一样,加高前起落架使MAX前高后低,而且机身越长越严重,230座的MAX10后机身的离地高度已经超限(容易擦尾),只好再加高主起落架,为了不改动轮舱结构只好为MAX10新设计了半跪式伸缩起落架。

737MAX7、8、9与MAX10在起落架上有所区别737MAX7、8、9与MAX10在起落架上有所区别

发动机推力增大,吊架前移上扬等问题可能造成MAX系列飞机正常飞行中的抬头力矩增大。

“在接受【美国联邦航空管理局】第25部认证过程中,为弥补飞机在某些独特操纵特性方面的不足”,波音为飞控增加了一个新系统MCAS(Maneuvering Characteristics Augmentation System;中文名:机动特性增强系统),在人工操纵模式下,这个系统会在飞机迎角过高时开始工作,压低机头防止飞机失速。

MCAS的工作原理是,飞控计算机根据飞机的高度和速度实时计算飞机失速临界迎角,MCAS系统将从迎角传感器获得的数据与之比对。当获得的迎角大于当时失速临界迎角时MCAS系统启动,控制水平安定面以0.27度/秒的速率进行不大于2.5度的向上配平,以使飞机产生低头趋势防止失速。

当飞行员手动超控(飞行员压杆或者手动配平安定面后)后,MCAS会停止工作,飞行员手动超控停止后5秒,MCAS会再次进入监控状态,视情启动配平。

飞机失速示意图,当迎角过大时,机翼无法提供足够升力,导致飞机坠毁飞机失速示意图,当迎角过大时,机翼无法提供足够升力,导致飞机坠毁

这个系统的本意其实是减轻驾驶员的工作负担,在飞机迎角过大时,自动压低机头,防止飞机失速。

但是737的迎角传感数据有两个通道,机长侧或副驾侧任意一侧迎角数据大于失速临界迎角时系统就开始配平。

也就是说,只要有一侧的迎角数据失真或者传感器故障,MCAS系统接受到的迎角数据比实际偏大超过当时临界值时,就会自动启动使飞机俯冲,10秒之内就能使水平安定面偏转2.5度。此时飞行员发现后手动配平可以缓解,但是如果没有切断MCAS,那么当飞行员干预停止后5秒系统会再次接通,如此反复俯冲。

但是系统开始介入时没有提示或警告提醒飞行员,只有配平手轮自动旋转。

简单来说,当AOA探测失误且MCAS系统开启时,飞机就可能会和飞行员“抢夺”飞机控制权。这时候,飞行员如果没有及时切断自动配平,飞机就会难以控制。

狮航空难中就涉及到MCAS系统狮航空难中就涉及到MCAS系统

波音最初并没有在《飞行机组操作手册(FCOM)》中包含关于MCAS系统的描述。

没有事先了解这一系统的人,在遇到自动配平系统突然开始控制飞机低头时,可能并不能第一时间了解到发生了什么。

印尼狮航737MAX空难后,美国联邦航空管理局(FAA)在2018年11月7日发布紧急适航指令对此进行了解释,并更新了FCOM。在这次更新中详细介绍了MCAS系统接收了错误的AOA信号的后发生的现象,以及如何快速应对。

据《华尔街日报》报道称,按原计划,波音公司应在2019年1月完成系统升级,从软硬件两方面解决MCAS系统存在的隐患,但这项工作的复杂性和执行比预期要复杂。

一个主要原因是与该项事故调查相关的美国联邦官员和安全专家对波音公司应该如何“紧急应对”产生了分歧,而且加上美国政府关门35天——导致安全修复议案暂停等种种原因使得该项工作不得不推迟。

其实波音在上世纪末用新科技更新产品线的黄石专案(Yellowstone Project)中包含了大中小三款机型,中型机的Y2计划就是已经命名的787,在市场和技术上都获得了空前的成功。但是替代737的Y1计划则迟迟没有新的消息,不知737这一传奇机型是否还能再战三十年。

“一代人只能干一代人的事”——《走向共和》

全文完,感谢您的耐心阅读~

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