美國聯(lián)邦航空局13日要求美國各航空公司運營的所有波音737 MAX型號飛機暫時停飛,并暫時禁止該型號系列飛機在美國領(lǐng)土上運行。
美國總統(tǒng)特朗普13日說,他將下令美國停飛波音737 MAX 8和737 MAX 9型飛機。美國聯(lián)邦航空局隨后發(fā)表了暫時停飛737 MAX型號飛機的聲明。
2019年3月10日,埃塞俄比亞航空ET302航班在亞的斯亞貝巴起飛6分鐘后墜毀,機上157人全部喪生,包括8名中國旅客。在不到5個月前的2018年10月29日,印度尼西亞獅航610航班在雅加達起飛13分鐘后墜毀,機上189人全部喪生。
兩起事故涉及的都是波音737-MAX8客機,都是新近交付使用才幾個月的新飛機。但最先進的發(fā)動機和電子技術(shù)沒能防止惡性的機毀人亡事故,引起世界的震驚。這將是波音的噩夢,但影響遠遠超過波音737MAX這一條產(chǎn)品線。
新近交付才幾個月就墜毀,這是波音的噩夢
波音737是民航史上非常特別的一章,其成功是一個意外。在60年代初,波音成功地用四發(fā)的波音707占領(lǐng)了遠程市場,用三發(fā)的波音727占領(lǐng)了中程市場,急欲推出新的雙發(fā)客機占領(lǐng)短程市場。在這個時候,競爭對手道格拉斯已經(jīng)推出DC-9。在歐洲,則有法國南方飛機的“快帆”和英國飛機的BAC-111。這些成功的設計都采用尾吊雙發(fā)的布局,起落架高度降低、重量減輕,干凈的機翼氣動效率更高,尾吊發(fā)動機的噪聲也遠離機艙主體。
但波音設計師另辟蹊徑,采用與波音707和727相同的機體直徑,不僅機艙從競爭對手的2+3加寬到更加舒適的3+3,也在設計和生產(chǎn)上可以與波音707和727共用生產(chǎn)線和機艙模塊。更有甚者,翼下發(fā)動機為機翼減載,降低的結(jié)構(gòu)重量使得波音737的經(jīng)濟性秒殺競爭對手,最終成為歷史上最成功的民航客機。以后波音737從短程擴展到中程,現(xiàn)在航程媲美早期波音707,載客量超過波音727,甚至新一代的波音757都被白發(fā)人送黑發(fā)人了。
為了進一步加強經(jīng)濟性和短程運作的便利,波音737的發(fā)動機離地很低,便于地勤維護;起落架很低,在理論上旅客上下飛機可以不需要機場專用登機梯而用自帶的簡便登機梯。為了節(jié)約重量,主起落架直接收入機腹的凹腔內(nèi),連蓋板都沒有。這些設計特點最終也成為限制波音737進一步發(fā)展的障礙,但這與安全性無關(guān)。
波音737作為一種已有50年的老機,對其進行進一步改進其實是有很多限制因素的
比如至今737的主起落架還是沒有蓋子
事實上,成熟與安全正是波音737-MAX的招牌。在50年的持續(xù)成功后,波音737成為波音的負擔,因為進一步改進已經(jīng)很困難了,而市場一直在變。
比如說,波音707的機體直徑?jīng)Q定了座位寬度還是以50年代的人的身材為基準,對于如今大胖子遍地走的情況已經(jīng)難以適應。機翼離地高度不足,也使得更加省油、安靜的大直徑渦扇發(fā)動機難以采用。發(fā)動機高度前挑,發(fā)動機位置嚴格來說已經(jīng)不是翼下,而是“翼前”了。波音737-MAX10甚至被迫使用很復雜的兩段式起落架,好像狗腿子一樣可以伸展,以在起飛、著陸時加長起落架長度,確保加長的機尾不至于在拉起時觸地。
這樣的勉為其難實際上是被空客逼的??湛虯320比波音737晚推出20年,在設計的時候就針對波音737的先天缺陷加以改進,在此基礎(chǔ)上推出加長的A321,其載客量和航程剛好處在波音望塵莫及的位置,在過去10多年里獨霸市場。
波音在產(chǎn)品路線圖上希望雙管齊下,用“新一代小飛機”(簡稱NSA)替換波音737,重建對空客的優(yōu)勢;用“新一代中型飛機”(簡稱NMA)填補波音737與787之間的空隙,但在是否把NSA和NMA合二為一問題上舉棋不定,在NMA采用單走廊還是雙走廊問題上也猶豫再三。
空客幫波音拿了主意,用新發(fā)動機推出A320NEO,并對機艙和駕駛艙全面現(xiàn)代化,事實上占領(lǐng)了NSA的位置,而A321NEO也事實上占領(lǐng)了NMA的低端??湛瓦€有進一步加長為A322NEO的選項,只要空客高層做出決定,在技術(shù)上沒有太大的困難。在另一端,A330-800則卡住了NMA的頂端。
波音既等不起NSA,NMA那邊又難產(chǎn),只好把已經(jīng)50歲的波音737再次拉皮,用新發(fā)動機、機艙和駕駛艙設計隆重推出波音737-MAX系列。
下一代飛機的開發(fā)拖延和空客的緊逼是導致737再次拉皮的主要原因
由于這是在現(xiàn)有的波音737-NG上的大改,用戶的現(xiàn)有維修、支援、訓練體系容易無縫對接,很受航空公司的歡迎。對于FAA來說,這也只是現(xiàn)有波音737-NG的補充認證,并不需要重頭認證。波音新增的機動特性增穩(wěn)系統(tǒng)(簡稱MCAS)的問題是到后來才意識到的,但這不是波音畫蛇添足、沒事找事。
2009年6月1日,法航447航班從巴西里約熱內(nèi)盧起飛,前往巴黎,途中失事墜毀,機上228人全部喪生。這是一架空客A330-200,4年新。沒有兩架失事的波音737-MAX8那么新,但也算很新的。
飛機在飛越雷雨區(qū)時,空速管凍結(jié),造成空速讀數(shù)不正常,不斷發(fā)出失速虛警。飛行員按照空客應急處理手冊要求,加大推力爬升,反而進入了高空失速,最終墜毀。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),在好幾分鐘里的任何時刻,只要飛行員壓低機頭,就有足夠的高度和速度改出失速,恢復安全飛行??湛偷膽碧幚硎謨允轻槍ΩR姷牡涂帐偾闆r,但對高空失速考慮不足。飛行員機械地按照手冊處理,而不顧常識和經(jīng)驗,也是事故原因之一。
法航447事故后,高度自動化系統(tǒng)與人的交互、人在平常很能干的自動化系統(tǒng)“失智”時的應對,以及關(guān)鍵控制系統(tǒng)對儀表固有可靠性掉鏈子時的處置成為很大的話題,這些話題至今依然是火爆的研究領(lǐng)域,但工程技術(shù)的特點就是:不能等什么都研究清楚了再干,琢磨出來多少,先干起來再說。解決方案不完美是可以改進的,但不作為是不可接受的。
因此,波音MCAS的功能之一就是在一定的高度、速度條件下,如果空速管讀數(shù)指出迎角過大,就有控制地壓低機頭,自動改出。如果迎角過大是空速管凍結(jié)造成的誤讀,在較低的高度上,氣溫升高,空速管凍結(jié)自然融化,讀數(shù)自然恢復正常。由于在高空高速時空速管凍結(jié),飛行員的最好選擇也只有壓低機頭,因此自動與手動并不沖突,自動具有很高權(quán)限。
但事情是千變?nèi)f化的,如果飛行員認定飛行狀態(tài)正常,不應該大角度俯沖,而拉起的動作反復被自動控制否決,就可能造成“飛行員導致的控制震蕩”(簡稱PIO),幾個來回以后,震蕩幅度越來越大,就容易失控。這不是典型PIO,典型PIO是由于飛行員急促、頻繁的操縱動作激發(fā)控制系統(tǒng)本質(zhì)滯后造成的,但就表象和最后效果而言,這兩種PIO是一樣的。
現(xiàn)在還不能確定PIO是否是最后導致獅航610失事的原因,埃航ET302的失事調(diào)查更是剛剛開始,但從飛行的速度和高度紀錄來看,MCAS與飛行員打架、最后造成PIO的可能性不小。應該指出的是,PIO里的P確實是指飛行員,但這是控制系統(tǒng)設計的問題,不能簡單看作飛行員的錯誤。
有說法MCAS是因為波音737MAX發(fā)動機前置、位置提高造成上揚傾向、需要自動補償?shù)木壒剩@是奇怪的說法。發(fā)動機前置使得重心前移,帶來的是自然的機頭下壓傾向,而不是上揚。發(fā)動機重心提高對俯仰的影響也微乎其微,俯仰主要是重心前后移動的影響,上下移動影響的是橫滾。
不管波音是為什么而增加MCAS,波音的錯誤在于沒有把MCAS的功能作為飛行員換型訓練的一部分,不僅使得飛行員在控制輸入被意外否決時大吃一驚,還沒有迅捷有效的辦法解除自動控制、全手動接管。
獅航610事故后,波音馬上推出補丁,不僅在飛行員訓練里強調(diào)MCAS的新增功能,還推出解除MCAS的操作步驟。不過這些還是臨時補救措施,MCAS一旦解除,也不易恢復,影響后續(xù)正常飛行。高度自動化系統(tǒng)在自動與手動之間的無縫來回切換本來就是極端復雜的問題,尤其是部分手動-部分自動的混合模式。軟件實現(xiàn)當然是大難題,更大的難題是猜度飛行員的意圖和正確表達依然處在自動模式的功能,這樣不導致飛行員誤解,也能在恢復自動的時候只恢復還在正常工作的部分,而不是把造成先前麻煩的部分一并恢復。
本該提高飛機安全性的自動化控制系統(tǒng),有可能導致了兩起嚴重空難
埃航ET302失事后的第二天,波音就宣布已經(jīng)在加緊編制補丁,將在未來幾周內(nèi)推出。如果這是獅航610之后就開始編制的補丁,那可能是完成品;如果是埃航ET302之后才開始的,那依舊是臨時補丁。波音最后的技術(shù)方案還不知道,但技術(shù)問題已經(jīng)不是波音最大的噩夢,商業(yè)運作這邊才是。
埃航ET302失事后,中國首先在國家層面立刻宣布涉事飛機停飛。有人把這與美中貿(mào)易戰(zhàn)相關(guān)聯(lián),這是不妥的。即使美中貿(mào)易關(guān)系如膠似漆,接連兩次出這么大的事故,不得到安全確認就繼續(xù)容許飛行,那才是不負責任的。有人問中國外交部,什么樣的安全確認才足夠解禁,這其實不是外交部能回答的問題,應該問中國民航。具體需要滿足什么樣的要求,那是技術(shù)性的問題,但繼續(xù)默認安全性肯定是不妥的。
與此相對照的是美國,F(xiàn)AA至今堅持認為,否決波音737-MAX8適航證的依據(jù)不足,所以還沒有達到停飛標準。如果說獅航610只是孤例,那埃航ET302之后,需要證明的就不是波音737-MAX不安全,而是是否還安全了。在沒有相關(guān)證明之前,F(xiàn)AA的不停飛決定是不負責任的,有損FAA的專業(yè)權(quán)威。但FAA這樣有損專業(yè)權(quán)威的做法不是沒有先例的,下面會提到。
但FAA有苦難言。如果FAA下令停飛,波音生產(chǎn)線上的大批待交付飛機立刻就要大概率面臨拒絕接收的問題,航空公司慢說不能正常投入航班運行,連接機都不可能。在最壞情況下,各國航空公司甚至可能出現(xiàn)大面積退貨,波音將很難拒絕。
對于航空公司來說,機隊停飛也是巨大的問題。像美國西南航空那樣,機型高度集中,一旦主力機型停飛,連抽調(diào)其他飛機補班都難,因為根本沒有那么多替補飛機可以調(diào)動,那樣公司就有停擺的危險。一旦客流流失,如何拉回來、什么時候才能拉回來就難說了。
也有人問,停飛造成的經(jīng)濟損失是否可以向波音索賠,這就一言難盡了。如果確認是波音的設計問題,那索賠是有根據(jù)的,但這要很多年、很多律師之后了。但在未來幾年里,老客戶再買波音的時候,降價要求就很強勢了,用降價代替賠償對波音是最好選擇,但這對公司盈利的打擊也是實實在在的。
對于波音來說,眼下的公關(guān)災難還難說只是短期的,還是會有長期影響。在這方面,已經(jīng)歸入波音旗下的麥道有血的教訓。
DC-10的失敗對于FAA、航空制造企業(yè)和乘客來說都代價高昂
在60年代波音推出波音747寬體客機時,尚在蹦跶的道格拉斯也推出了DC-10。道格拉斯在30-40年代是把波音壓得沒脾氣的民航客機巨頭,DC-3開創(chuàng)了民航大眾化的時代,戰(zhàn)后初期則接連推出DC-4到DC-7的大型螺旋槳客機。但道格拉斯沒有抓住噴氣時代,被波音707搶了先。一步落后,步步落后,此后道格拉斯一直在追趕波音。
在波音推出劃時代的波音747的時候,道格拉斯已經(jīng)沒有牙口針鋒相對了,而是推出了三發(fā)的DC-10,載客量、航程都小一點,但在機艙舒適和寬敞方面采用同樣的雙走廊。DC-10沒有波音747那么顯赫,但稍小的容量實際上更容易滿座,三發(fā)也更加省油,還是很受歡迎的。
但道格拉斯犯了幾個嚴重的設計錯誤。下艙是貨艙,貨艙門一般和客艙門一樣,向內(nèi)退后偏轉(zhuǎn)后才能打開。這是本質(zhì)安全的設計,即使門鎖脫開,艙門也因為客艙壓力高于外界,而被頂在門框上,保持密封。所以即使醉漢胡來,客機的艙門在高空也是無法打開的,當然這不等于誰應該去試試。
貨艙門一般也是這樣設計的,問題是這樣的話,門后的空間就必須空出來,不能裝貨。道格拉斯改變了貨艙門設計,使之向外開啟,用重型閉鎖機構(gòu)確保關(guān)嚴。另一方面,飛行員通過控制液壓管線控制平尾和垂尾控制面。傳統(tǒng)上控制管線走機艙天花板內(nèi)空間,但道格拉斯也改變了設計,把管線改道機艙地板下,既便于從貨艙一側(cè)維修,又空出機艙天頂空間,使之更加寬敞。但在重重安全審計中,這些設計的危害沒有受到正確認識。
1972年6月12日,美航96航班從底特律起飛,裝貨員在貨艙里塞滿了貨,后貨艙門難以關(guān)嚴實,用了好大力氣才勉強關(guān)好,指示燈表明閉鎖正常。但飛機起飛后,后貨艙門的閉鎖在3580米空中脫開,艙門打開,造成貨艙里爆炸性減壓。機艙地板的強度很高,但在設計時只需要考慮地板上的重量,并不需要考慮貨艙減壓后的壓力。美航96后貨艙門在空中打開后,壓力差使得門附近的機艙地板坍塌,損壞飛控線纜,導致失控。飛行員冷靜沉著,用左右發(fā)動機的差動動力和殘存的尾翼維持最起碼的控制,最后迫降成功,所有67名旅客加機組逃生成功。
事故后,F(xiàn)AA與麥道達成君子協(xié)議,沒有吊銷適航證,各航空公司自愿改裝,麥道在新飛機上也改裝。但1974年3月4日,土耳其航空981航班發(fā)生幾乎相同的事故,從巴黎起飛后貨艙門自行打開,爆炸性減壓后飛機失控,機上所有346人喪生。
麥道的另一個設計捷徑也造成災難性事故。1979年5月25日,美航191航班在從芝加哥起飛后,左發(fā)掛架斷裂,發(fā)動機短艙在推力作用下翻轉(zhuǎn)到翼上,在撕裂機翼結(jié)構(gòu)時損壞了左側(cè)液壓管路,本來伸展出來的前緣襟翼失去液壓,在氣流沖壓下退縮回去,造成左機翼失速,飛機迅速向左翻滾,失控墜毀,機上271人全部喪生,另加地面2人遇難。
這次事故后,F(xiàn)AA在1979年6月6日吊銷DC-10的型號適航證,DC-10全面停飛。5星期后,麥道的補丁到位,F(xiàn)AA解禁。但美航191失事突出了DC-10的另一個設計缺陷:控制面在液壓作用下伸展后,沒有機械鎖定,一旦失去液壓,會自動回位,這是很危險的。
事故調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),美航地勤自說自話修改維修手冊,沒有按照麥道要求先拆卸發(fā)動機,再拆卸掛架,而是連發(fā)動機帶掛架一起拆卸,而且用叉車節(jié)約時間,但在粗暴操作中意外損壞了掛架。
液壓控制的另一個大問題在聯(lián)航232航班事件里暴露了出來。1989年7月19日,聯(lián)航232航班從衣阿華州蘇城起飛,尾發(fā)渦輪盤碎裂,打壞尾發(fā)下方過路的三重飛控管線。飛行員再次用差動動力迫降成功,296人中185幸存,111人喪生。
DC-10沒有線纜備份,因為在設計時認為不可能發(fā)生三重故障,況且沒有液壓助力的話,純靠拉索和滑輪的線纜也拉不動那么大的控制面。但尾發(fā)爆炸恰恰造成單點故障,一舉切斷三重控制管線。事后,麥道對尾發(fā)下的三重液壓進行了加固,但其它部位依然可能一槍三鳥。2002年時一架貨機輪胎爆炸,切斷了一號、二號液壓回路,三號回路擠壓變形,但還好堅持住了,否則又是機毀人亡。
麥道后來對DC-10的系統(tǒng)全面重新設計,把安全性提高到當時先進水平,這就是MD-11。民航客機不僅是高科技領(lǐng)域,也是高度重視信譽和名聲的領(lǐng)域。人們對民航客機的可靠性的期望與高樓大廈一樣,高樓大廈不會無緣無故地倒塌,民航客機也不會無緣無故地掉下來。但DC-10接二連三地掉下來了。麥道最終還是沒有從DC-10的陰影里走出來,加上軍機方面接連在A-12、ATF和JSF項目上敗北,最后只好自賣自身,如今成為波音的一部分。
波音會重蹈麥道覆轍嗎?現(xiàn)在下斷論還太早,只??湛鸵患要毚蟮拿窈绞澜缫矔鰡栴},但接連墜機對波音的長遠發(fā)展沒有影響是不可能的??湛虯380是一個巨大的商業(yè)失敗,本來波音777-X正好乘虛而入,在NSA/NMA上再趁熱打鐵的話,可以一舉壓住空客很多年。但波音737-MAX8的災難可能極大地占用波音的內(nèi)部資源和消耗外部信用,777-X的下線儀式已經(jīng)取消了,NSA/NMA所需的啟動資金也可能被各種追索和賠償耗散。波音的噩夢還要持續(xù)很長時間。
加強機隊多樣性對于航空公司來說是很有必要的,這個鮮血換來的教訓將給未來的世界民航機市場帶來更多的機會
這對航空公司也是一個教訓。機型高度集中有很多好處:簡化培訓和機務保障,便于在單機故障時無縫調(diào)動填補。但這也對機型停飛高度敏感。在商業(yè)運作上很成功的美國西南(Souhwestern)與加拿大西捷(WestJet)都是全737機隊(西捷剛開始嘗試767、787等更大的機型),盡管不是全MAX。停飛就等于停擺,打擊是災難性的,多樣化或許才是生存之道。
如果說獅航610空難是一場颶風的話,埃航ET302空難就是海嘯了。波音如何挺過去是一個大問號,F(xiàn)AA如果過關(guān)更是看點。在中國之后,新加坡、澳大利亞、巴西、印度相繼下令波音737-MAX8停飛、禁入空域,連英國和歐盟也下令了。在主要國家中,只有美國和加拿大還在硬挺。加拿大方面,運輸部大概還在看美國顏色,但加航已經(jīng)被迫取消多個飛往歐洲的波音737-MAX8航班,因為對方禁飛了。加航乘務員工會也在要求加航同意乘務員有權(quán)拒絕飛波音737-MAX8。美國朝野也在發(fā)出不同聲音,國會在質(zhì)疑為什么FAA還不停飛。FAA還能挺多久,人們拭目以待。
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原文標題:美國終于停飛 波音737是如何鑄成大錯的?
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