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商业

波音 737 Max:当 60 年代的设计遇上 90 年代的计算能力

Jack Nicas and Julie Creswell2019-04-12 06:59:34

以及过时的纸质手册

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

启动一些新型波音飞机时,飞行员只需要转动 1 个把手,再拨动 2 个开关。

波音 737 MAX是市场上最新型的波音飞机,但它的启动方式与其他新型飞机并不相同。飞行员的操作反而与 52 年前启动第一架 737 的 7 个步骤类似:关掉机舱空调、调整气流方向、打开引擎、开启燃油、恢复气流、打开空调、启动发动机。

737 MAX 与老机型一脉相承,其系统仍建立在数十年前的基础之上,其中许多部分甚至可以追溯到最初的版本。不断升级旧机型而非从头设计全新机型这项策略,为波音提供了多项竞争优势。飞行员操作顺手,航空公司也无需斥巨资重新培训飞行员和维修人员。对波音公司来说,重新设计和测试要比从头开始的速度更快、成本更低。

但在 5 个月内接连 2 起致命坠机事故发生后,这项策略让波音公司深陷危机。MAX 沿用并扩展了 737 的设计,整架飞机相当于拼凑而来。这导致 MAX 机型缺乏一些必要的安全设计,这些安全设计在危急时刻非常重要,且多年来一直配备于其他机型。现代波音喷气式客机中,只有 MAX 没有电子警示系统。这套系统负责说明故障位置与解决办法,而 MAX 的飞行员则必须翻阅纸质操作手册才能得到上述信息。

为了保证 MAX 能像上代机型一样保持飞行状态,波音公司还实施了一些临时方案,但这些临时修改可能会危及飞机的安全性。调查人员虽未得出最终结果,但仍怀疑,MAX 为配合更大的引擎而设计的防失速系统,可能是上个月埃塞俄比亚航空和早些时候印尼狮航两次坠机的核心问题。

MAX “不是你父亲的别克轿车”,美国航空公司飞行员工会(American Airlines pilots’union)发言人丹尼斯·塔耶尔(Dennis Tajer)说。塔耶尔此前有数十年的 737 驾驶经验。他补充说,“这个型号的飞机基于 1960 年代的设计,我们从未忽视这一点。”

MAX 曾是波音最畅销的机型,在全球拥有超过 5000 架订单,但却在突然之间声名狼藉。由于波音推迟提交软件维修方案,世界各地的监管机构可能需要几周或几个月的时间才会解除对这一机型的禁令。由于停飞令,西南航空和美国航空已经取消了 5 月份的部分航班。

波音公司也放慢了 MAX 的生产速度。这一举措将可能影响波音的利润,一些买家也在考虑是否要取消订单。波音股价在本周一(当地时间 4 月 8 日)下跌逾 4%;自埃塞俄比亚坠机事件以来,已累计下跌 11%。

波音工程师里克·吕特克(Rick Ludtke)曾帮助设计过 MAX 的驾驶舱,他表示:“那(波音 737 的设计)曾是 50 年前最先进的技术,但在目前的环境下,这一型号并不算好。”

长期以来,737 一直是一款可靠的机型,几十年来较少出现问题。波音公司发言人戈登·约翰德罗(Gordon Johndroe)为 Max 的开发进行了辩护,称各家航空公司希望以 737 为基础,设计一款新的单通道飞机,飞行员也参与了该型号的设计。

约翰德罗在一份声明中表示:“听取飞行员的意见是我们工作的重点之一。他们提供的经验,是我们开发机型时最看重的信息。飞行员和波音公司都将安全性视作重中之重,我们一直认真听取他们的反馈。”

上周五,波音首席执行官丹尼斯·米伦伯格(Dennis Muilenburg)在一份声明中表示,Max 新的防失速系统可能导致了印尼和埃塞俄比亚的 2 起坠机事件。他说:“我们有责任消除这类隐患,我们也确定了解决方案。”

1967 年 1 月 17 日,西雅图附近的一家工厂内,空乘人员把香槟酒瓶砸在机翼上,以庆祝第一架波音 737 的建成。波音公司将这款飞机定位为现有大型喷气式飞机的小型替代品,737 也因此获得了“小波音”的绰号。

早期,737 的销量落后于波音最大的竞争对手麦克唐纳·道格拉斯公司(McDonnell Douglas)。彼得·莫顿(Peter Morton)是 1970 年代 737 的市场销售经理。莫顿表示,1972 年整年,波音只交付了 14 架 737 飞机,并曾考虑将 737 项目卖给一家日本制造商。莫顿说:“我们必须决定,是结束这个项目,还是继续投资。”

波音最终选择了继续投资。1978 年,美国航空管制放松,737 也因此终于开始大卖。6 年后,波音将设计升级并推出了“经典”系列,接着分别在 1997 年和 2017 年推出了“新一代”和 MAX 系列。现在,美国国内航班中,每 3 班就有 1 班使用的是 737 系列飞机,普及率居所有机型之冠。

波音在这 3 次改版中,都引入了新引擎、新的客舱设计及其他改动。但该公司前任及现任高管、飞行员和工程师称,波音之所以避免大规模改动飞机的设计,是为了满足各家航空公司的需求。知情人士均匿名接受了此次公开调查。航空公司希望新型 737 飞机与旧型号相匹配,这样飞行员就可以跳过昂贵的飞行模拟器训练,轻松过渡到新机型的操作。

波音的这一战略确实奏效。美国联邦航空管理局(FAA)从未要求飞行员从某一型 737 转换为新型 737 时,接受模拟器训练。

前波音 737 Max 试飞员马修·门扎(Matthew Menza)说:“各家航空公司不愿意为了一个花哨的新机型,而再次培训飞行员。因此,波音不得不重复一个已经用了 50 年的设计。老话说得好:不破就不修。”

为了沿用数十年前的飞机操纵系统,工程师在设计时要花不少心思。而在实际设计的过程中,这款飞机曾经的一些卖点变成了挑战。

波音公司位于华盛顿州伦顿(Renton)的工厂正在生产 737 MAX 8 型飞机。在美国国内航班中,每 3 班就有 1 班使用的是 737 系列飞机,普及率居所有机型之冠。图片版权:Ruth Fremson/The New York Times

例如,在 737 上市的早期,乘飞机出行正在世界范围内迅速流行。737 低矮的机身十分适合发展中国家的航空公司和机场。这些国家的工人可以在没有传送带的情况下徒手装卸行李,也可以在没有电梯的情况下维修引擎,莫顿说。但在接下来的几十年里,工程师不得不反复修改设计,以保证 737 低矮的机身能够适应机翼下不断增大的引擎。

到了 2011 年,波音高管开始质疑 737 的设计是否已经走到了尽头。波音公司希望打造一架全新的单通道喷气式飞机。随后,波音的竞争对手空中客车公司(Airbus,又称空客)在其单通道飞机 A320 系列上增加了一种新型节油发动机,这一举动促使波音迅速决定再次更新 737 系列。

吕克特说:“(听到这个决定)我们都翻了个白眼,心里想着‘好吧,又是 737。’”吕克特是 MAX 驾驶舱的设计师,他曾在波音工作了 19 年。

他补充道:“没有人愿意说这样做不安全,但我们真的觉得有些限制再次被打破了。”

前任和现任工程师及飞行员表示,一些工程师对这个决定感到十分沮丧:比起从头开始,并尝试融入一些重要的先进技术,这些工程师不得不再次花费数年时间更新同一架飞机,小心翼翼地限制任何改动。MAX 仍大致保留了驾驶舱的原始布局,以及控制飞机的液压拉索及滑轮系统,而这些设计均已不再用于现代飞机。MAX 机载电脑只有 1990 年代家庭电脑的处理能力。波音公司的一位发言人表示,MAX 的设计采用了适当的技术水平,能够确保安全。

工程师做出改动时,有时又会对飞机的操控方式产生连锁影响,迫使波音不得不想办法应对。波音曾增加过一个新系统,这个系统可以操纵机翼上的小板,以减轻飞机增加的重量给飞机带来的压力。波音还尝试在数字屏幕上重现沿用了数十年的实体仪表盘。

波音飞机的引擎越来越大,也越来越省油。工程师为了让飞机适应新型引擎的大小,不得不再次面对机身高度这个难题。仅以加长起落架来抬高机身,有可能会违反飞机紧急撤离规定。

工程师取而代之地选择了将前起落架加长几英寸,再将机翼下的引擎向前移动一段距离。引擎的位置终于合适,但 MAX 在停放时会处于一个略有不平的角度。

换句话说,这个设计在解决了一个问题的同时,又引发了一个新的问题。发动机的大尺寸和新位置导致 MAX 在某些飞行操作时容易向上倾斜,甚至达到危险的倾斜角度。

波音公司的工程师发明了一种名为 MCAS 的自动防失速系统来弥补这一缺陷。MCAS 会在飞机上仰过高时,将机头向下推。波音公司本打算在后台运行这个软件,这样就可以保证 MAX 的飞行操作与旧机型相同。因此,波音在 MAX 的培训材料中并未提及该系统。

波音设计的这套系统还仅依靠一个传感器——这在航空领域十分罕见(大多数飞机会配备超过需求数量的传感器)。几名没有直接参与该系统设计的波音前工程师表示,他们的同事选择这一设计可能是因为,依赖两个传感器仍可能引发问题。如果 2 个传感器中的 1 个发生故障,系统可能很难判断哪一个是正确的。

为了解决这个潜在问题,空客在一些飞机上安装了 3 个或更多传感器。包括一名传感器工程师在内的几名 MAX 前工程师表示,在 Max 上增加第三个传感器是不可能的。他们说,之前的 737 机型都只有 2 个传感器,管理层不希望有过多改动。

一家波音 737 MAX 8 型飞机底部的迎角传感器。图片版权:Ruth Fremson/The New York Times

负责 MAX 飞行控制系统的工程师迈克·伦泽尔曼(Mike Renzelmann)说:“管理层希望做到两点,一是省钱,二是把认证及飞行测试的成本降到最低。任何改动都需要经过重新认证。”伦泽尔曼并没有参与有关传感器的讨论。

MAX 也缺少一些更现代的安全设计。

大部分新型波音飞机都有电子系统,以帮助飞行员完成飞行前的检查。这个系统可以确保飞行员不会跳过任何一个步骤,也不会漏掉任何一个可能故障的零件。但在 MAX 上,飞行员仍要依据操作手册来手动完成起飞前的检查。

其他波音飞机还拥有另一套电子系统,这个系统负责处理飞行过程中的异常或危险情况。在检测到异常时,该系统会向飞行员发出警报,并列出解决该问题的相应步骤。

而 737 系列机型通常以一盏灯来提示异常情况,飞行员则需要翻阅纸质手册才能找到解决办法。在失事的印尼航班上,狮航飞行员曾与 MCAS 争夺飞机的控制权。飞行员在飞机坠毁前,还试图查阅操作手册,但仍未能阻止飞机坠入爪哇海。事故导致机上 189 人全部遇难。

美国航空 737 机长塔耶尔说:“我在驾驶飞机时,(与狮航失事飞机所不同的是)异常提醒会直接弹出在屏幕上。提醒会告诉我问题的所在,和推荐的检查步骤。”

据参与该决定的两名前波音员工称,加入这个系统后,监管机构可能会要求开展新的飞行员培训,因此波音决定不在 MAX 上加入这个系统。

MAX 的拉索和滑轮系统也十分复杂。飞行员拉动控制杆时,这个系统会将该动作传递至机尾。相比之下,空客的飞机和波音 777、787 等其他现代机型,则采用“电传操纵”(fly-by-wire)。在这种操纵系统下,飞行员的控制操作会被导入电脑,再通过电脑的信号操纵飞机。这种设计带来了更多自动化设置,其中包括了一套系统,这种系统能够防止飞机陷入飞行过快、过低等危险情况。一些 737 飞行员表示,相比起电传操纵,他们更喜欢拉索滑轮系统。他们认为后者给予了飞行员更多控制权。

在最近的两起坠机事件中,调查人员认为,MCAS 失灵后操纵了一个名为稳定器(stabilizer)的尾翼,导致飞机向地面倾斜。初步坠机报告显示,在埃塞俄比亚航空的坠机事件中,飞行员曾尝试切断稳定器马达的电源,以对抗 MCAS 系统。

切断电源后,飞行员曾试图通过转动座椅旁的方向盘来手动控制飞机。在波音所有现代机型中,737 是最后一架将手动配平作为后备系统的机型。但是波音公司一直知道,高速飞行时很难转动方向盘,有时可能需要 2 名飞行员共同操作。

根据初步坠机报告,在埃塞俄比亚航空公司坠毁航班的最后时刻,副机长曾说,这种方法没有起作用。在大约 1 分钟 49 秒后,飞机坠毁,机上 157 人全部遇难。


翻译:熊猫译社 王奕琳

题图版权:Ruth Fremson/The New York Times

© 2019 THE NEW YORK TIMES

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