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波音737,为何越改越糟糕?

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-03-22  来源:阿尔法工场研究院
核心提示:737飞机飞了半个多世纪,成为一代名机,成为波音的印钞机,但是也背负了沉重的历史包袱。经常在网上看到有人问,如何分辨波音(

737飞机飞了半个多世纪,成为一代名机,成为波音的印钞机,但是也背负了沉重的历史包袱。

经常在网上看到有人问,如何分辨波音( BA.US)的737和空客的A320。确实,现在全世界的窄体机市场,已经被这两个机型平分了。

你在国内坐飞机,除非是很热门的航线,你还有机会坐到宽体机。不然你坐的飞机,要么是波音737,要么就是空客A320了。

那么如何从外观上来分辨他们俩呢?网上能看到很多方法,像看机头、看驾驶舱玻璃、看翼尖小翼,都有区别,但是不大,瞅着费眼睛。

除了这些,还有一种很粗暴的方式,就是看发动机。机翼下面挂着,那么大,你再说看不见,那就是找事了。

发动机如果是扁的,那肯定就是波音737。如果是圆的,就能基本确定它是空客A320。之所以说基本确定,是因为737曾经也圆过,但那都是半个世纪之前的事了。

插一嘴,严格来说,那个扁的不是发动机,发动机要旋转的,肯定不能扁。那个扁的其实是发动机整流罩,也就是发动机外面罩着那个壳子。

那737的发动机,为啥圆着圆着就扁了呢?扁了是有什么好处吗?我如果说,这个扁发动机,和几乎把波音搞死的737max空难,有一定关系,你是不是以为我开玩笑呢?

波音737飞机是一个很大的系列,半个多世纪了。到现在,已经生产了一万多架。可以不夸张地说,波音737的更新迭代史,几乎代表了人类民用航空业的发展史。

737的第一代,737-100,1967年首飞。737-200是100的加长型,出厂时间也差不多。最早这一代两个型号,发动机用的是普惠JT8D,发动机也还是圆的。

1979年,737出了新系列,也就是第二代,叫737经典型,classic,包括737-300,400和500。这一代的最大改动,就是换了发动机,换成了一代名机,美国和法国合作研制的CFM56。

到这,就能看出来,发动机已经不正经了,开始变扁了,一个个的全是歪瓜。从此,737的发动机再也没能圆回来。

再往后,航空界扛把子的波音迎来了挑战者,欧洲杀出个空客。空客的A320,加入了电传飞控,让生产空中健身房的波音很紧张,印钞机有点卡顿了。

于是再次对737进行了升级,推出第三代,叫737新世代,next generation,简称737NG。包括737-600,700,800和900。发动机和经典型用的一样,还是CFM56。第三代这几个型号,最长脸的就是737-800,它自己就卖了差不多5000架。

2010年,空客再次给波音压力了,A320neo,neo的意思,就是new engine option。320用了更省油的发动机, CFM的leap-1A,飞机卖的很好。

波音又慌了,晚上睡不着,大半夜起来,赶紧继续打磨737,推出了第四代,也就是大名鼎鼎,人尽皆知,臭名昭著的737max。最大的改动,就是换了发动机。

走空客的路,让空客无路可走,发动机和320Neo的一样,也是leap系列,leap-1B。很好记,空客,Airbus,开头是A,用leap-1A。波音,开头是B,用leap-1B。

另外插一嘴,中国的商飞,英文简称COMAC,开头是C,所以C919用的发动机是leap-1C。

737max,有737 max 7,max 8,和max 9,分别对应上一代的737-700,800和900。另外还有个加长加大的max10和max200。

刚才咱们说了,737-800卖的很好,所以737max8也是抢手货,这一代超过一半的销量都是max8带来的。卖的多,交付的也快,飞的也多,所以差点把波音搞破产的两个空难,印尼狮航和埃塞俄比亚摔的两架飞机,都是max8。

好,背景介绍完了。下面就讲讲为啥737的发动机,圆着圆着就扁了。要解释清楚这个问题,得从几方面说。

第一,对于发动机离地高度,适航规章是有限制的,比如美国的FAA就有规定,发动机离地高度,不能低于7英寸,也就是18cm。当然这个数,是最低要求,具体到每架飞机,那就又不一样了。

之所以这么规定,是因为发动机离地如果太低,容易吸进去脏东西。那进气量很大的,把什么石子塑料袋吸进去,就麻烦了。

737第一代,1967年就出来了,那个年代的发动机,还有很多是涡喷的呢。涡喷相比涡扇,要瘦很多,但是太费油。当然737-100用的不是涡喷,而是涡扇,就是刚才说的JT8D。

但是这个涡扇发动机,它涵道比很小,差不多只有1。涵道比小,意味着流过发动机外涵道的空气不多,也意味着发动机最前面那个大风扇不会很大。我查了一下,它的风扇最大直径只有1.37米。

而且,六七十年代,那个时候普遍都把飞机的起落架做的比较短。当时机场设施还不行,很多机场都没有廊桥,上下飞机都用楼梯,飞机做矮点,人上下方便,装货卸货也方便。

而且还有个好处,起落架一直都是飞机的软肋,怕断了,设计短一点,也更加皮实。所以,737从一出生,起落架就不长。从此,就背上了小短腿的外号。

刚开始,小短腿配瘦发动机,相当般配。但是后来呢,为了省油,发动机的涵道比越来越大,越来越胖,到CFM56,风扇直径就达到1.73米了。

至于为啥说涵道比越大,发动机越省油,定性的解释,就是涵道比越大,它喷出的气就越多,温度就越低,流速也越低,转化为推力的效率就更高。

发动机越来越胖,眼看着要碰到地面。波音也着急,说这不行,得赶紧改。咋改呢,最简单的,把起落架搞长点不就行了吗?这么改,说着简单,实际上可不容易。

737的每一代更新,基本都是在上一代的基础上修修补补改过来的,机身外形和结构变化不大。

这么做,新飞机就能少做很多试验,也更好说服适航局,更快拿到适航证,早点卖,就能早点赚钱。

毕竟空客在后面快马加鞭赶着呢。而且,改动少一点,航空公司也高兴,培训飞行员和机务,都省很多事。所以,只要能实现新一代的技术指标,在老一代的基础上,确实改动越少越好,对各方都有好处。

你想想,起落架这么关键的部件,你如果给它加长了,试飞取证肯定会麻烦很多。这还不是最关键的,飞机这种几百万个零部件的复杂系统,能真正让你感受到什么叫牵一发而动全身。

假设,刚开始,波音老板说了,起落架长点也没事,我忍了,长痛不如短痛。

波音这种百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍。他们一合计,就给老板说。老板你看这飞机起落架是怎么收起来的,它是往中间收的。这意味着,如果把它加长了,就要给起落架舱留更多的空间,但是那个地方寸土寸金,没有空间啊。

那咋办呢?就要把机身加宽点。老板一听,好家伙,这不行,改动太大了,整机还要重新吹风洞,甚至重新进行强度试验。这跟设计一架新飞机不差多少事啊。最后一合计,说这短痛也太痛了,这么整空客肯定要来摩擦我了,不行这起落架我不改了。

那不加长起落架咋办呢?波音这种百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍。他们想了个办法,既然起落架不能加长,那我把发动机下面做平点不就行了吗?这样离地高度能增加很多呢。

于是,发动机就开始变丑了。第二代,737-300,连进气道都是扁的,不光丑,还一定程度上影响发动机进气。

后来,航空公司说发动机太丑了,乘客经常打电话投诉,说这扁发动机把小孩都吓哭了。到第三代,737-800,发动机没有上一代扁了,至少进气道看着是圆的了。

到第四代,老对手空客扛着发动机风扇直径达到1.98米的A320,堵在了门口,波音又慌了。

发动机越来越胖,起落架又不能加长,下面也不能做太扁,不然吓哭小孩。那咋办,眼看着发动机要擦地啊!波音这种百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍。

他们惊喜地发现,发动机如果在机翼正下方,机翼就限制了发动机的高度,那如果把发动机移动到机翼前面,问题不就解决了吗?一拍大腿,这想法简直完美。谁也没规定发动机必须在机翼正下方啊。你看还有很多飞机的发动机装在屁股上呢。

最终,737max的发动机做的很靠前,发动机的最高点,是比机翼的最高点高的,小孩不哭了,老板也笑了。但是在这有必要插一嘴,虽然波音是一个百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍,但是他们也妥协了。

波音用的Leap-1B发动机,相比空客用的Leap-1A和和商飞用的Leap-1C,涵道比是最小的,只有9,另外两家都是11。也就是说,CFM供给波音的发动机,也是苗条款的。不过问题不大,瑕不掩瑜,这都是小让步。

波音737,为何越改越糟糕?

但是,后来波音发现,这种发动机前移的完美方案有个bug。737max发动机做的太靠前,导致起飞抬头时,尤其是大推力爬升阶段,发动机的推力会产生一个力矩,导致飞机绕着重心抬头,增大飞机的攻角。飞机爬升需要有攻角,但是攻角太大,会失速,会摔飞机的,很危险,这一点咱之前也专门讲过。

那咋办呢?波音这种百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍。他们给这个bug打了个补丁,给飞机的飞控系统加了个程序,叫机动特性增强系统(MCAS)。

它如果检测到飞机的攻角太大,快失速了,会自动调整飞机的水平安定面,往上抬飞机尾部,减小攻角,防止失速。

波音737,为何越改越糟糕?

这个设计,理论上来说OK的。但是,有两个问题。

第一个问题,波音为了让737NG的飞行员,能够无缝衔接地去飞737max,最大程度地降低成本。故意淡化了这个系统的存在,导致飞行员都不知道还有这个功能。

这就导致,一旦这个系统出问题,开始可劲儿往下压机头,飞行员根本不知道咋回事,只能一个劲的抬机头,和这个系统打架。

第二个问题,这个系统设计的容错率太低,只要有一个测攻角的传感器给数据,它就开始压机头。这意味着,只要坏一个传感器,后果就很危险了。这两个问题叠加,后果就更严重了。

波音737,为何越改越糟糕?

在飞机的安全设计上,一个大原则,就是越重要的东西越不容易坏。知道了这个原则,你再看737max的机动特性增强系统,不太对劲。

首先,它非常重要,飞机正昂着头爬升呢,它可以往下压你的机头,这能不重要吗?第二,它坏掉的可能性够低吗?从结果来看,显然不够低。只要一个传感器出问题,系统就被激活了。

那咋办呢?很直接的两个办法,第一个,你要让飞行员知道有这个系统,而且这个系统开始工作之后,你要告诉飞行员。如果飞行员认为这个系统在不该工作的时候工作了,可以把它关掉。

第二个,祖传手艺,给传感器加冗余。装个两个,三个,甚至四个。只有多个传感器同时测出来攻角太大了,才开始往下按机头。很显然,所有传感器全部坏掉的可能性,肯定已经足够低了。

然而,波音为了赶工期,为了降成本,选择了赌一把。最终,印尼狮航和埃塞俄比亚航空两架737max,在起飞爬升阶段,飞行员和这个机动特性增强系统进行殊死搏斗后,也没能拯救飞机,以及飞机上的几百人。

737飞机飞了半个多世纪,成为一代名机,成为波音的印钞机,但是也背负了沉重的历史包袱。一代代升级,一代代改进,发动机圆了扁,扁了圆,最终,小孩不哭了,老板也不哭了,但是乘客哭了。

波音这种百年巨头,有全世界最优秀的工程师队伍。但是最终也没能阻止自己设计的飞机被全世界停飞。

 
 
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