原来,737Max上的MCAS和我想的不完全一样

余晟 余晟以为 今天


737 Max的讨论仍然在继续,最近抽时间认真学习了一下MCAS,发现自己之前的理解不准确,MCAS不是“迎角大了就越过飞行员自动压低机头”那么简单。网上专业讨论中广受引用的Chris Brady的《波音737技术指南》(Boeing 737 Technical Guide)里专门做了讲解,我节选翻译如下,和大家共享。


波音737 Max与之前的NG有若干不同。其中许多很明显,比如新的LEAP发动机,还有驾驶舱里更大的显示屏。有一些不明显但有详细文档介绍,比如电传控制的扰流板系统(注:这是737 Max上唯一采用“电传控制”的机构)。但还有一些区别,目前来看是之前机组成员也是不清楚的。MCAS就是其中之一。

MCAS是用于增强飞机纵向稳定性的。其目的不是避免失速——虽然它能间接起到这种作用,也不是让MAX飞起来更像之前的NG——虽然它也有这种效果。新的LEAP-1B发动机舱在高迎角情况下,会导致升力产生非线性变化,反映到操纵杆上的阻力也会非线性减小。按照规范,飞机迎角接近失速时,操作杆上的阻力必须持续增大,这就是MCAS的设计目的。

LEAP发动机的发动机相比之前更大,所以必须比NG的CFM56-7发动机的安装位置更高、更向前。因为新的位置和新的发动机舱尺寸,在高迎角飞行时,离开发动机舱的涡流会产生升力。因为发动机舱位于重心之前,所以会产生轻微的抬头效应(所以操纵杆上的阻力会减小)。飞行员会下意识地拉杆(注:驾驶飞机时,拉杆用来抬头,推杆用来低头。飞行员的这种“下意识”有点像开车时转弯,只要转角不变,通常应当保持方向盘不动,但如果此时反向盘回弹的力度变小了,我们多半会下意识多打一点方向),导致迎角超过失速。

航空规范14CFR §25.203(a)“失速特性”是不容许出现这样非正常抬头动作的。为此波音采取了多种空气动力学措施,比如重新设计前缘失速带,修改前缘涡流器,但还不足以满足规范要求。所以波音引入了MCAS,如果迎角足够高,在襟翼已经收起的情况下(注:飞机在起飞阶段会放下襟翼,增大升力),MCAS会自动发出信号,调整安定面,压低机头。

从表面上看,MCAS应当是在低速飞行时解决合规问题的有效途径。但是,MAX最近发生的两次事故都与MCAS有关。2018年10月29日狮航的MAX-8事故,2019年3月10日的埃塞俄比亚航空MAX-8事故,都是起飞之后不久,迎角传感器数据出错之后发生的。据信,MCAS读取了错误的迎角数据,发出安定面配平指令,压低机头,机组成员的修正措施未能起作用。

来源: http://www.b737.org.uk/mcas.htm

按照上面的解释,我画了一个示意图尝试展示波音的设计思路。

如果上面的解释符合事实,就解开了我之前的两个困惑:

第一,为什么这个控制系统叫“机动特性增强”?

自动压低机头明明和机动特性没有关系,也不需要飞机有多强的机动性。为什么要“增强机动特性”呢?现在看来,“机动特性”是指飞行员驾驶飞机时的感受而言的,这里的“增强”,大概指的是“将飞行员的机动特性感受维持在正常的水平上”。

第二,这么重大的改动,为什么波音没有告知机组成员?

现在看来,MCAS的初衷是辅助驾驶,避免飞行员因为错觉把飞机推向失速。在之前的737 NG上不会出现这种“爬升过程中操纵杆阻力莫名下降”的现象,按照设想,737 MAX的飞行员也不会遇到它,因为MCAS的目的就是帮忙消除这种现象。这样来看,波音不告诉机组成员新增了MCAS当然有流程上的重大问题,但客观上,各行各业都有这样“不合理”的现象。

无论如何,就两起空难的惨剧而言,MCAS并没有发挥预想的作用,反而引入了新的问题,起到了相反的效果。所以,波音的责任无论如何都逃不掉的。

不过总的来看,我仍然坚持原来的观点:航空事故往往是因为多种因素共同导致的,有一整条因果链,不能简单认定“就是”某个简单原因。波音当然有问题,而且是很重大的问题,但这个问题是不是简单用“他们无脑加了一个MCAS”就能概括,目前看来并非如此。

周末看飞行员的讨论,发现许多人都注意到一点,即埃塞俄比亚航空的事故发生时,飞机速度快得不正常,超过了最大容许范围。为什么会出现这种情况?在这种情况下到底要如何操作?机组的处置是否像埃塞俄比亚官方说的那样“完全正确”?关于这些问题,似乎大家还有不同看法。

来源:全面解读ET302空难报告:时速1000公里,从7000英尺直插地面坠毁

虽然目前还没有完整的共识,但随着调查的深入,报道的增多,我们逐渐看到越来越多的信息,牵涉到越来越多的机构和环节,比如FAA的失职、波音之前给出的MCAS角度数据不对等等,有许多甚至是之前想不到的,事情的发展方向也未必和之前猜测的完全一致。但是这不要紧,我们应当相信,再复杂的事物,背后都受规律和逻辑的支配。如果有足够的信息,整个来龙去脉就是可以理解的。

我相信,终有一天所有碎片能拼起来,得出完整的图景。 

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