原来,737Max上的MCAS和我想的不完全一样
本文來自微信公眾號:余晟以為(ID:yurii-says),作者:余晟
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”那么簡單。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)里專門做了講解,我節選翻譯如下,和大家共享。
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,還有駕駛艙里更大的顯示屏。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 上唯一采用“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 是用于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。按照規范,飛機迎角接近失速時,操作桿上的阻力必須持續增大,這就是 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。因為發動機艙位于重心之前,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,推桿用來低頭。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,但如果此時反向盤回彈的力度變小了,我們多半會下意識多打一點方向),導致迎角超過失速。
航空規范 14CFR §25.203(a)“失速特性”是不容許出現這樣非正常抬頭動作的。為此波音采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,但還不足以滿足規范要求。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。
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,都是起飛之后不久,迎角傳感器數據出錯之后發生的。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。
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,為什么這個控制系統叫“機動特性增強”?
自動壓低機頭明明和機動特性沒有關系,也不需要飛機有多強的機動性。為什么要“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,這里的“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,這么重大的改動,為什么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,但客觀上,各行各業都有這樣“不合理”的現象。
無論如何,就兩起空難的慘劇而言,MCAS 并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,目前看來并非如此。
周末看飛行員的討論,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,超過了最大容許范圍。為什么會出現這種情況?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”?關于這些問題,似乎大家還有不同看法。
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,再復雜的事物,背后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。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的原来,737Max上的MCAS和我想的不完全一样的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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