美国当地时间7月1日,美国联邦航空局(faa)和波音公司(Boeing Company)完成了波音737max的重新认证试飞,使max飞机离faa批准其返航又近了一步。BBC称这是波音公司的“里程碑”。此前,波音737max已因两起重大飞机坠毁事件停飞15个多月。这一进展意味着监管部门终于认可了波音737max飞机的安全改进建议。

目前,美国联邦航空局空管理局对此非常乐观,但737max能否确保复飞后的安全?

更重要的是,全世界的人对737max还有信心吗?

美国联邦航空局试飞员进行了737max复飞验证飞行。图片来源:彭博

文本|张仲林

编辑|崔和珍看了看智囊团

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新瓶装旧酒

波音737系列是民航史上最大、最成功的飞机。作为1964年成立并于1968年投入运营的窄体干线客机,第一代737客机在同类飞机仍使用三引擎、尾吊等引擎布局的情况下,展现了其先进的双引擎翼吊布局。

这一经典设计来自乔·萨特,一位传奇的波音工程师。与三台发动机相比,跨时代双发动机翼吊布局大大降低了油耗。而且发动机直接挂在机翼下,有效降低了野外作业的维修高度。民用客机的这种布局从20世纪60年代就开始使用了。

20世纪60年代由波音737首创的双翼起重机布局成为民航客机最经典的布局,一直沿用至今。图片来源:维基百科

同时,波音737的竞争对手麦道dc9仍然采用尾吊布局,维护不便,对坐在飞机尾部的乘客也不友好。图片来源:维基百科

波音737成为历史上销量最高的机型家族。第四代波音737系列(737原版、737经典版、737ng、737max)累计产量高达10000多架,而搭载空客机的a320系列累计产量仅为9000多架。

在空航空业受到疫情冲击之前,几乎每隔几秒钟就有一架波音737飞机起飞和降落。

1万架737max交付给南航。

但是无论更新多少代,50多年前的设计已经大大限制了飞机的性能。久而久之,当年的优点变成了缺点。从一架客机的设计寿命来看,波音早就应该考虑过推出以下类似的飞机项目。但是,躺在胜利册上的舒适感让它“憋不住”。

成功低,失败低。当时波音737高度低,便于货舱装卸货物和检修发动机。然而,随着航空空发动机技术的发展和大涵道比发动机尺寸的增大,这个高度已经不能满足新一代发动机的需要。

由于机翼下有限的空空间,以及需要与地面保持一定高度以避免吸入异物,波音737ng在使用cfm56-7b等新型大推力发动机时不得不“削足适履”。

带有cfm56-5b发动机的a320外形为圆形。

这给了空乘客在弯道超车的空间。基于20世纪80年代设计的a320客机,它比波音737晚了一代,在设计上有足够的余量。发动机的尺寸不再受机翼下高度的限制,发动机的形状可以保证最理想的圆形。

2010年12月,空客户宣布了a320neo项目(新发动机选项)。新款a320neo可以使用新一代发动机,包括leap1a和pw1000g G。

在对a320的基本设计没有重大改动的情况下,新的发动机至少可以降低飞机15%的油耗,对用户很有吸引力。因此,a320neo推出后,订单如雪片般飞来。

看到空客机a320neo的成功,波音有点担心——旧的波音737无法安装更新、更大、更强的发动机,新的客机项目甚至还没有概念草图。

为了与空乘客竞争,波音公司决定改变737,使其能够配备leap1b发动机。这款发动机整合了许多行业创新,包括三维编织碳纤维复合材料风扇叶片和外壳、独特的防异物吸入系统、第四代三维空空气动力学设计、首次投入商业使用的陶瓷基复合材料(cmc)、由添加剂制成的创新燃烧室以及用于燃料喷嘴的轻型钛铝合金叶片。

因此,五十多岁的“老马车”诞生了最新的leap1 1,737 Max。

但与此同时,50多年前的旧设计必然有很多设计上的改变,而这些改变就像打开了潘多拉的盒子。

2

mcas的灾难

为了应对空客户a320neo的挑战,737max拥有足够的“卖点”。

第一,省油。

为了减少14%的燃油消耗,需要在单通道飞机的起落架机翼下安装一个巨大的发动机。工程师们绞尽脑汁,“闪”了一下发动机,把底盘加长了8英寸,终于达到了目的。

第二,容易操作。

波音玩的是“737ng飞行员不用训练就能飞737max”的噱头,操作变化不大,原来的波音737飞行员只要看操作手册就能轻松飞737max。然而,leap1的安装使发动机位置向前移动,从而导致运行质量的变化。如果飞行员想在没有经过训练的情况下驾驶737max,这种改变必须通过其他方式来抵消。

注:飞机操纵品质,又称“飞机飞行品质”,是指飞机与飞行安全和飞行员操作简易性有关的各种特性。

此外,波音公司悄悄增加了mcas(机动性增强系统),这是737max空两大难题的罪魁祸首。

mcas系统首次应用于737max系列。当飞行员在手动模式下不断拉杆时,飞机的攻角不断增大,导致失速危险,mcas会绕过飞行员的操作来控制飞机。这是防止飞行员误操作造成失速的保护措施。

注:法航af447空公司的困难在于,由于副驾驶的连续拉杆造成迎角过大,飞机失速,导致飞机坠毁。

mcas系统介绍。

mcas的激活主要取决于以下因素:

1.折叠襟翼;

2.非自动驾驶状态;

3.飞机的迎角太高了。

其中,判断飞机攻角取决于攻角传感器数据。波音客机装有两个攻角传感器,都是机械式风向标传感器,数值准确但故障概率高。如果故障数据偏差过大,有经验的飞行员可以结合其他信息判断哪个攻角传感器是错误的。

波音737上的风挡迎角传感器。

但是mcas有很大的控制权限,可以根据传感器数据直接控制飞行员。如果其中一个有错误的数据,控制系统很可能根据错误的数据控制飞机。

以埃及航空空艰难号为例,飞机起飞后,两个迎角传感器的值产生了巨大的偏差,最大值达到了60度。当时,mcas采用的值是有故障的迎角传感器的错误读数,因此mcas系统在起飞开始时被激活,这使得飞机连续俯冲到地面,导致空很难发生。

飞行员事先并不知道这样一个关键的新系统——灾难发生前的空狮子航空公司,全世界的波音737max飞行员都不知道mcas系统的存在和特点。

更重要的是,在提供给联邦航空局的文件中,波音公司对mcas系统的描述与实际情况不符。

在737max的适航审定中,波音公司向faa提交的技术文件对mcas的描述是:工作时,水平尾翼上的最大工作角为0.6度,满足faa等民航当局的要求。

然而,在狮航空困难之后,波音公司在重新提交的解释中赫然写道,mcas可以将平尾控制到2.5度,这一下子变成了4次。

3

想“警告”,就得多付钱!

攻角传感器是否必然会造成“血案”?

迎角传感器在民用航空中出现故障并不少见。以目前广泛使用的波音737ng为例,如果两个攻角传感器的读数偏差过大,就会出现“aoa不同意告警”,提醒飞行员两个攻角传感器的读数偏差过大。

波音737迎角警告提示不一致。

“攻角不一致预警”是这一系列机型的标配,但却成为737max的付费项目。不仅如此,faa还发现,波音737max上的迎角不一致报警只是一个显示,就算你买了这个可选功能,出了问题也无法提示。

波音很清楚这一点。

随着调查的逐步深入,更多的问题浮出水面。

faa在737max模拟器中进行mcas测试时,发现737max中的一个微处理器有缺陷,会使飞机机头朝下,但飞行员在几秒钟内无法解决这个问题。

737max全实模拟器。

在场景模拟中,处理器的问题会导致飞机的水平安定面自行移动,导致机头向下旋转,失去高度。试飞员执行安定面配平检查表,发现操纵杆上的电动配平开关没有立即反应,配平飞机继续移动,进一步向下推飞机机头。

试飞员最终解决了这个问题,但过程中令人无法接受的缓慢反应让联邦航空局非常紧张。初步判断是“处理器被飞行控制系统传来的数据淹没了”,这“显著影响了飞行员在高度急剧下降时对操作的反应速度”。

一般来说,处理器性能不足,“系统卡死”!

一万米高的空几乎是致命的。

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自己检查一下,有用吗?

安全隐患那么多,为什么737max能在号称“世界上最严格的监管机构”的faa拿到适航证?

本来应该负责所有适航认证的联邦航空局(faa),因为“缺乏足够的人力和资金”,将大量的认证项目委托给波音公司,让波音公司进行自我审查。波音的要求是尽快将737max投入商业运营。在这种情况下,我们可以想象审计的严格程度。

波音737max的项目启动时间比空客户a320neo晚9个月。为了争取波音时间,加快适航认证,faa组建了一个团队,评估哪些项目可以委托波音认证,包括检查737max的技术文件。

这解释了为什么联邦航空局没有发现737max的mcas系统与文件不符。毕竟这部分审计是委托给波音的。

在第二个737max空难以实现后,中国民航局率先宣布737max完全停飞。美国联邦航空局是最后一个宣布737max停飞的主要监管机构,这大大降低了公众对它的信任。737max停飞后曝光的监管丑闻让美国联邦航空局受到广泛质疑。因此,在波音737max的环查审核过程中,全球用户、

美国联邦航空局(faa)竭尽全力挽回自己的形象,召集全球各大民航监管机构组成多国联合审查小组,对737max进行审查。然而,easa(欧洲航空公司空安全局)和加拿大民航局仍然不接受这一安排,并宣布将独立进行737max的复飞认证,这给737max的复飞带来了很多变数。

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绕圈验证,诚意?

根据波音公司披露的细节,737max的改进主要在以下几个方面:

1.飞行控制系统将同时比较两个迎角传感器的数据;

2.迎角报警将被添加到飞机的主显示器上,并免费为客户安装(这两个项目以前是可选项目);

3.襟翼收起时,如果两个攻角传感器相差5.5度以上,mcas不会被激活,攻角告警会提示飞行员;

4.如果飞机迎角提示太大,mcas将只对每个迎角警告激活一次;

5.mcas永远不能向水平稳定器发出命令,即机组人员不能通过拉回操纵杆来抵消。飞行员将能够通过拉杆超越MCAS,手动控制飞机并继续爬升。

这些改进措施都是前两次空困难时期mcas系统存在的问题。

但由于有“犯罪记录”,仅这样的整改并不能满足各国民航监管机构的安全要求,重新获得用户的信任。

2019年4月,中国民航总局对737max复飞提出以下原则性要求:

1了解飞机设计的适航符合性。

根据适航标准,对飞机相关系统的设计理念、工作原理、配置定义和安全性分析进行全面评估,确保飞机设计满足适航要求。

2.确保相关安全措施得到落实。

对于必须进行的设计变更和机组人员培训,需要时刻关注每一架飞机,把握每一个机组人员,以保证每一架飞机完成相应的修改,每一个飞行员完成所需的培训。

3.与事故调查结论密切相关。

根据事故调查的官方结论,应对飞机的设计和改进以及相应的训练要求进行充分评估,对于解决事故调查中发现的问题具有针对性和有效性。

同年9月,easa也提出了严格的要求:

1.easa应严格检查faa授权委托波音审批的所有项目;

2.对737max进行更广泛的审查,检查737max的所有设计;

3.在任何极端条件下都能满足相应的安全要求;

4.训练全世界所有737max飞行员。

具有讽刺意味的是,在复飞验证中,联邦航空局仍然委托波音公司进行一些验证项目。

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绕行是一段很长的路

今年6月29日的试飞是737max的重要节点。如果波音在改进737max过程中的很多试飞都是“模拟测试”,这就是“高考”。

波音前总裁丹尼斯·穆伦堡(Dennis muilenburg)在停飞后参加了737max的试飞。

对于737max来说,通过复飞认证只是时间问题。关键是要多久。

自2019年3月全球停飞以来,原定3个月后的复飞,已推迟至2020年9月、12月和1月。此外,由于新冠肺炎肺炎疫情导致复飞认证中断,复飞认证遥遥无期。

目前,美国联邦航空局预计今年9月份将达到7.37亿美元左右。然而,如上所述,737max丑闻已将美国联邦航空局的可信度降至历史最低点。即使宣布737max获批后可以流通,有多少国家会跟进?

如果主要航空公司空市场监管机构(如easa、中国民航总局等。)不赞成走回头路,走回头路的效果会大打折扣。即使737max已经在全球所有民航监管机构获得了复飞牌照,但还有很长的路要走。

首先,由于737max已在全球停飞15个月,每架飞机从密封状态(指目前美国的密封客机)恢复飞行大约需要200个工作小时,所有飞机正常运行前后至少需要两个月。

停飞的737max占据了波音朗顿工厂的机场。

其次是飞行员的再培训。

波音推广737max的卖点之一就是不需要额外的训练,但是血腥的事实证明波音的话是不可信的。考虑到波音737飞行员数量庞大(仅西南航空公司空家族就有9700名飞行员),充分培训所有飞行员需要很长时间。

最后,信任。

每个乘客都会想:737max还安全吗?20世纪70年代,麦克唐纳·道格拉斯公司的dc10客机连续遭受了几次空灾难,这使它赢得了“每日坠毁”的恶名,并导致它提前退出历史舞台。同样的道理,737max能洗清mcas和连续两次空灾难带来的恶名吗?

原标题:“波音737max,还有机会吗?》

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