04.08 737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單


737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單

737 Max的討論仍然在繼續,最近抽時間認真學習了一下MCAS,發現自己之前的理解不準確,MCAS不是“迎角大了就越過飛行員自動壓低機頭”那麼簡單。網上專業討論中廣受引用的Chris Brady的《波音737技術指南》(Boeing 737 Technical Guide)裡專門做了講解,我節選翻譯如下,和大家共享。

737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單

最早流行的MCAS示意圖

波音737 Max與之前的NG有若干不同。其中許多很明顯,比如新的LEAP發動機,還有駕駛艙裡更大的顯示屏。有一些不明顯但有詳細文檔介紹,比如電傳控制的擾流板系統(注:這是737 Max上唯一採用“電傳控制”的機構)。但還有一些區別,目前來看是之前機組成員也是不清楚的。MCAS就是其中之一。

MCAS是用於增強飛機縱向穩定性的。其目的不是避免失速——雖然它能間接起到這種作用,也不是讓MAX飛起來更像之前的NG——雖然它也有這種效果。新的LEAP-1B發動機艙在高迎角情況下,會導致升力產生非線性變化,反映到操縱桿上的阻力也會非線性減小。而按照規範要求,飛機接近失速時操作杆上的阻力必須持續增大,這也是MCAS的設計目的。

LEAP發動機的發動機相比之前更大,所以必須比NG的CFM56-7發動機的安裝位置更高、更向前。因為新的位置和新的發動機艙尺寸,在高迎角飛行時,離開發動機艙的渦流會產生升力。因為發動機艙位於重心之前,所以會產生輕微的抬頭效應(所以操縱桿上的阻力會減小)。飛行員會下意識地拉桿(注:駕駛飛機時,拉桿用來抬頭,推杆用來低頭。飛行員的這種“下意識”有點像開車時轉彎,只要轉角不變,通常應當保持方向盤不動,但如果此時反向盤迴彈的力度變小了,我們多半會下意識多打一點方向),導致迎角超過失速。

航空規範14CFR §25.203(a)“失速特性”是不容許出現這樣非正常抬頭動作的。為此波音採取了多種空氣動力學措施,比如重新設計前緣失速帶,修改前緣渦流器,但還不足以滿足規範要求。所以波音引入了MCAS,如果迎角足夠高,在襟翼已經收起的情況下(注:飛機在起飛階段會放下襟翼,增大升力),MCAS會自動發出信號,調整安定面,壓低機頭。

737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單

波音737Max機頭的三個傳感器,最下面的是迎角傳感器

從表面上看,MCAS應當是在低速飛行時解決合規問題的有效途徑。但是,MAX最近發生的兩次事故都與MCAS有關。2018年10月29日獅航的MAX-8事故,2019年3月10日的埃塞俄比亞航空MAX-8事故,都是起飛之後不久,迎角傳感器數據出錯之後發生的。據信,MCAS讀取了錯誤的迎角數據,發出安定面配平指令,壓低機頭,機組成員的修正措施未能起作用。

來源: http://www.b737.org.uk/mcas.htm

按照上面的解釋,我畫了一個示意圖嘗試展示波音的設計思路。


737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單

MCAS的設計思路【猜測】


如果上面的解釋符合事實,就解開了我之前的兩個困惑:

第一,為什麼這個控制系統叫“機動特性增強”?

自動壓低機頭明明和機動特性沒有關係,也不需要飛機有多強的機動性。為什麼要“增強機動特性”呢?現在看來,“機動特性”是指飛行員駕駛飛機時的感受而言的,這裡的“增強”,大概指的是“將飛行員的機動特性感受維持在正常的水平上”。

第二,這麼重大的改動,為什麼波音沒有告知機組成員?

現在看來,MCAS的初衷是輔助駕駛,避免飛行員因為錯覺把飛機推向失速。在之前的737 NG上不會出現這種“爬升過程中操縱桿阻力莫名下降”的現象,按照設想,737 MAX的飛行員也不會遇到它,因為MCAS的目的就是幫忙消除這種現象。這樣來看,波音不告訴機組成員新增了MCAS當然有流程上的重大問題,但這樣“不合理”的現象在其它行業也確實客觀存在。

無論如何,就兩起空難的慘劇而言,MCAS並沒有發揮預想的作用,反而引入了新的問題,起到了相反的效果。所以,波音的責任無論如何都逃不掉的。

不過總的來看,我仍然堅持原來的觀點:航空事故往往是因為多種因素共同導致的,有一整條因果鏈,不能簡單認定“就是”某個簡單原因。波音當然有問題,而且是很重大的問題,但這個問題是不是簡單用“他們無腦加了一個MCAS”就能概括,目前看來並非如此。

週末看飛行員的討論,發現許多人都注意到一點,即埃塞俄比亞航空的事故發生時,飛機速度快得不正常,超過了最大容許範圍。為什麼會出現這種情況?在這種情況下到底要如何操作?機組的處置是否像埃塞俄比亞官方說的那樣“完全正確”?關於這些問題,似乎大家還有不同看法。

737Max客機的MCAS,不是“迎角大了就壓低機頭”那麼簡單

來源:全面解讀ET302空難報告:時速1000公里,從7000英尺直插地面墜毀

雖然目前還沒有完整的共識,但隨著調查的深入,報道的增多,我們逐漸看到越來越多的信息,牽涉到越來越多的機構和環節,比如FAA的失職、波音之前給出的MCAS角度數據不對等等,有許多甚至是之前想不到的,事情的發展方向也未必和之前猜測的完全一致。但是這不要緊,我們應當相信,再複雜的事物,背後都受規律和邏輯的支配。如果有足夠的信息,整個來龍去脈就是可以理解的。

我相信,終有一天所有碎片能拼起來,得出完整的圖景。


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