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【博評】呂琪:為何波音「737 MAX」型客機空難頻出?

墜毀的埃航編號ET-AVJ客機。(網絡圖片)

 


 


當地時間3月10日,一場悲劇發生在埃塞俄比亞航空公司(以下簡稱埃塞航)的一架「737 Max 8」客機上。該機在從該國首都亞的斯亞貝巴飛往肯尼亞首都內羅畢的途中墜毀,機上149名乘客連同8名機組人員全部遇難。當天下午,埃塞航召開新聞發布會,確認失事客機上149名乘客來自35個國家,其中8人來自中國。遇難8名中國乘客為5男3女,其中1人為遊客,5人為中資公司職員,另有2人系聯合國國際職員。


事件發生後,埃塞俄比亞總理和肯尼亞總統均表示哀悼,埃塞航10日當天下午表示,將盡快展開調查,目前暫不清楚飛機失事原因。埃塞航在失事後三度發表聲明:當地時間上午11點,埃塞航發布第一份聲明,稱他們正在進行緊張的搜救;下午1點46分,埃塞航發布第二份聲明,稱該集團CEO已到現場,並確認機上無人生還;下午5點02分,埃塞航發布第三份聲明,稱將與波音公司、埃塞俄比亞民航局以及其他國際組織共同就失事原因展開調查,確保所有程序符合國際標準、信息能夠及時公開。


該機型曾發生類似情形空難


值得注意的是,這不是波音「737 Max 8」首次發生空難。2018年10月29日上午,印尼獅航JT-610航班一架波音737 Max 8客機,在從雅加達起飛大約13分鐘之後失聯,最後確認墜毀在印尼爪哇島西海岸附近。本次埃塞航空難事後「Flightradar24」的軟件數據顯示,該飛機在起飛後,曾經有過突然下降的跡象,隨後拉升,之後消失在追蹤畫面中,這是非常不正常的現象。



航空愛好者以獅航JT610事故的資料加模擬軟件,重組當時發生的情況。

 


 


在獅航的那次空難中,也是飛機信號系統接收到一個假信號,信號顯示飛機「抬頭」,所以控制系統持續給出了「低頭」的指令,利用俯衝增加空速,以防失速。機組在與控制系統搏鬥很長時間後,事故仍然發生了。此次空難,飛行過程中也發生了不正常的爬升與下降,飛行速度超速等現象。對比之下,兩次空難似乎都有相似的地方,按照慣例兩次都可以歸結為「LOC-I空中失控」,但具體原因還需要更多的數據來分析。


所謂「LOC-I空中失控(LOSS of Control In Flight)」,是指空中失去飛機的控制,包括因發動機故障、積冰、失速或其他情況妨礙機組空中飛機的能力。這是一個最複雜的事故類別,涉及很多因素,包括系統潛在的條件、對機組構成外部的威脅、在處理這些威脅時產生的差錯,以及威脅與差錯管理時的缺陷導致非預期的飛機狀態。「LOC-I」事故幾乎都是災難性的,在2010至2014年期間全球因航空事故死亡的2541人中,1242人死於「LOC-I」,「LOC-I」事故也被國際航空運輸協會(IATA)安全部門認為是航空安全中風險最高的。


殉職機長Yared Getachew(網絡圖片)

 


從埃塞航公佈的資料可得,此次航班的機長Yared Getachew經驗豐富,飛行時長超8000小時,副機長Ahmed Nur Mohammod Nur也擁有200小時的飛行時長。聲明還指,這架失事的客機於2019年2月4日曾做檢查維護。由此可見,正副駕駛員並不是所謂的「菜鳥」,尤其機長完全是經驗豐富的老駕駛員,不太會出現所謂的人為操作失誤。「Flightradar24」數據顯示該飛機在出事前速度和航線也都正常,當天該地區的天氣狀況也是良好的,而飛機和塔台之間的對話也顯示當時沒有發生劫機等暴力事件。排除上述諸項可能原因,基本可以斷定此次空難和印尼獅航空難一樣都是飛機出了問題,只是到底出了什麼故障?波音「737 Max 8」到底是怎麼樣的飛機呢?它安全性如何?


 


787與737MAX的大小比較。(網絡圖片)


波音「737 Max」型的研發動機


在解答這些問題前,我們先看看波音公司的這款波音「737 Max 8」飛機吧。近幾年隨著國際航空市場的新趨勢以及潛在競爭對手的不斷湧現,波音受到越來越大的競爭壓力。特別是在大型客機上,空客公司「A-380」的出現大有動搖公司的象征——「747巨無霸」地位的趨勢。就在萬眾期待波音公司在如何回應空客的競爭之時,波音卻宣布不再研發新的大型客機,轉而發展波音「737 Max系列」和遠程的波音「787系列」。


圖為波音與巴西航空共同生產的E-190 E2支線客機。波音有意以787、737 MAX及本機搶奪全球支線與幹線客機市場,而737 MAX原有的後勤通用性及使用價格,甚至可搶奪部分客運量大的支線客機市場。(網絡圖片)

 


波音之所以推「737 Max」系列是基於自己對未來航空市場的判斷,波音堅信未來的航空市場為了規避大型樞紐城市的擁堵,更多乘客喜歡的是點到點的飛行,「787」和「737 Max 」事實上是這個理念的雙翼。對於各國的航空公司而言,「787」主飛遠程和洲際航線,「737 Max 」可以開辟更多的地區國際市場和國內市場,兩者組合可以開辟更多點對點的城市對,渠道下沉到先前無法觸達的二三級城市。正是基於對這未來趨勢的判斷,波音公司果斷放棄了超大型客機的研發,轉而開發經濟型、大航程中小型的客機。


 美法合作的CFM International LEAP-1系列噴射引擎已經成為A320NEO、737 MAX及C919三種次世代客機的共用引擎,該引擎有更高的旁通比、更高的推力、省油達15%,而且碳排放減少更顯著,也有很好的噪音降低效果。(網絡圖片)

 


這次出事的波音「737 Max 8」客機正是波音公司在2011年以其名下著名的波音「737」飛機為基礎,啟動研發的最新衍生機型。這一系列包括波音「737 MAX  7」、波音「737 MAX 8」、「737 Max 9」、「737 Max 10」和波音「737 Max 200」。波音「737 Max 」飛機配備最新的「LEAP-1B」發動機,首架飛機於2015年12月8日下線亮相,2016年1月29日完成首飛。雖然說波音「737 Max」脫胎於老波音「737」,但是三點變化是明顯的:


由上而下是等比例的4代737客機,分別是737-200、737-400、737-900及737 MAX 8。不計軍用改進型,737至少有四代14個型號。(網絡圖片)

 


首先是新型發動機的引入,CFM公司的LEAP-1B發動機除了省油以外,還加入了降噪技術;其次飛機采用了新型翼稍小翼;最後是後機身的修型。根據波音公司的簡介,這次氣動修型讓飛機的阻力降低了1%。由於使用新型節油發動機和氣動修形,「737 Max 」的航程能力較以往老的「737」系列平均提高了1000千米以上,這賦予了「737 Max 」開辟更多直飛不經停航線的可能。因此,波音「737 Max」系列也算是一種全新的飛機。但是,新技術和風險是並存的,這麼一種新的飛機難保不會出現問題。


 


 


就在這次空難發生的前三天,3月7日波音公司曾向全球「737 MAX」機型的運營商發布公告,警告該系列飛機的飛行控制系統存在讀數輸出錯誤,可能會導致飛機自行大角度俯沖並墜落。聲明稱,波音公司已向相關航空公司發出警告,稱飛機俯沖的問題只會在手動飛行時發生,且錯誤地輸出迎角傳感器(AOA),導致飛機傾斜10秒。美國聯邦航空管理局表示,「迎角傳感器錯誤的輸出數據,可能會使水平穩定器向下傾斜飛機機頭,使飛機難以控制」。該機構要求相關運營商依照波音公司的公告執行操作,修改飛行手冊。從波音公司的聲明來看,波音「737 Max」系列飛機自身是存在缺陷的,關鍵似乎是在飛行控制軟件上。


波音公司如何應對設計缺陷?


筆者就認為沒這麼簡單:在開發「737 Max」系列方面,波音公司為降低風險和成本,只以上一代737NG的加長型機身為藍本,但是波音「737」的基礎設計畢竟完工於55年前,有很多先天不足,最大的問題是起落架高度過低。「737」的發動機吊掛在機翼下方,起落架高度過低會導致發動機離地間隙太小,限制了發動機的直徑。但是「737 Max」系列由於使用的新型發動機,增大了推力,這就意味著風扇尺寸要做大;而「737」的離地間隙限制了這樣的發展。


有人可能會說:既然這樣,增加起落架高度不就迎刃而解了?然而對於飛機設計來說,牽一發動全身,改變起落架設計,代表整機承重載荷的變化,更意味著一連串連鎖問題:增長的起落架,起落架艙要變大,密密麻麻的管路和線路要重排,液壓油箱等大部件需要重新布置。林林總總,基本就意味要推翻原設,重新設計機身了,但是波音公司只容許飛機前部起落架提高8吋,以及進行尾部修形外,就禁止工程師改變飛機原有的物理設計。那麼為了換裝最新大直徑「LEAP-1B」發動機,波音用了什麼方法呢?


CFM-56引擎(左)與LEAP-1B引擎(右),雖然離地高度一樣,但引擎艙頂端已和機翼齊平。(網絡圖片)

 


首先,和之前的CFM-56系列一樣,波音公司仍要求CFM發動機公司把「LEAP-1B」的外形底部拍扁(不過比較起來已沒CFM-56那麼扁),但最大的改變是發動機在機翼的安裝位置,要盡量往前、往上升高。但這一改又帶來了新的問題:「LEAP-1B」發動機頂端高出機翼前緣,導致飛機的整體氣動惡化,使得波音「737 Max」飛機容易在大迎角飛行時失速。容易失速對於飛機在起降狀態時是致命的最終實在沒有辦法,唯有先天不足軟件補,波音設計師就開發出一套「MCAS」機動特性增強系統,隨時監測飛機迎角。當迎角超過了安全界限,就自動壓低機頭保持10秒鐘飛行,然後解除。


MCAS的基本運作原理示意圖,MCAS是感應機鼻氣流的方向來判斷迎角的。資料來自西雅圖時報

 


現在看來,波音「737 Max 」的兩次墜機,問題很可能就出在這個「MCAS」增穩系統帶來的隱患上。資料顯示,波音團隊設計的「MCAS」系統雖然裝了兩個,但根據很多公開資料來看,只要一個機翼上的「AoA」(迎角)傳感器獲取輸入,則會被判為迎角過高;另方面,波音的「AoA」傳感器目前發生故障的概率很高,若傳感器出現故障,就會導致「MCAS」系統失靈,自動忽略飛行員控制,強制把機頭壓低俯沖墜地,以取得高速並改出失速。換句話說,波音公司設計了一個以單點故障為準(單個AOA感應器報警即準確),沒有安全冗餘(自動忽略飛行員控制)的系統而且更莫名其妙的是,波音公司不知出於什麼原因,居然沒有在「737 Max」系列的駕駛手冊中清楚地向飛行員表達這一點。


編按:航空界最近兩日所傳出的消息更令人震驚:波音方面認為MAX和上一代的737 NG分別不大,故只設計了IPAD教程及一本小冊子讓”老司機”熟悉不同點;相對地,美國國內機師要往波音訓練中心熟習比較方便,而中國國內訂購了大量737 MAX的公司也組織了相當多的新秀機師到美國培訓,結果不少機師也知道MACS系統故障時的處理方法。據航空界的消息,中美部分機師已經試過類似事故並知道如何糾錯,也已將問題報告波音當局(當然,解決方法也在各自的機師圈內傳開),但兩國之外那些沒受737 MAX 全套訓練的”老鳥”機師就要完全”食自己”…….(網絡圖片)

 


如果是舊的「737」系統裏,當系統失靈把機頭下壓俯沖墜地時候,飛行員只要拉一下控制杆飛機就可以恢復;問題是「737 max」的MACS是獨立於自動駕駛系統,當出現上段提到的情況時候,飛行員按照慣例拉回來控制杆,「MCAS」系統會判斷是飛機要進入大迎角飛行狀態,這時系統會自動把機頭再次壓下去俯沖。這就出現了飛行員拉回控制杆,但飛機壓下去角度更大,如此反複。這個時候必須另行切斷MCAS系統,飛機才能回復正常,但據稱大部分機師都沒被告知這回事。


編按:波音自己的737 MAX原型機據悉獲授權於今早(3月17日)起飛進行測試,估計是透過試飛重組事故模式。(照片及消息來自以下航空網站)

 


從印尼獅航那次空難的事後報告來看整個過程中獅航的飛行員在幾分鐘內和「MCAS」系統鬥爭了26次後終於力竭,最後「MCAS」系統「戰勝」了飛行員,導致機頭直接俯沖向地面。而這一次埃塞航的空難,雖然調查報告未出,但根據現有資料,當時的飛行狀況跟獅航那次很相似,筆者由此估計罪魁禍首也是「MCAS系統」。


 


737 MAX的系統可上傳部分航機數據到衛星再轉發波音及航管中心,故現時航空界已得到意外發生時的部分數據(更新速度沒那麼高)。由高度與垂直速度變化可知,ET302班機在很多方面都和JT610墜毀前相似。資料來自以下航空新聞網站

 


有航空圈人士猜測,經過機師與MACS的連番控制權爭奪,加上飛機多次上下激烈運動所造成的應力,水平尾翼的控制部分可能因而受損甚至卡死,最終令飛機失控墜地。這是造成兩次空難的直接原因。(網絡圖片)

 


多地已停飛隱患機型


所幸,從昨日開始,中國內地的所有航空公司也已經接到民航總局通知,要求國內航司全部暫停運行「737 Max 」型客機,搭乘飛機時不需要擔心這套「MCAS」系統帶來的隱患。目前,國內的航空公司已經停止運行大部分的波音「737  Max」,不少航線已改用「737」—「800」執行。筆者查閱「Flightradar24」軟件時發現,12日開始中國的空域上只剩下兩架波音「737 Max 8」還在飛行,而且也不是國內航空公司的,分別是印度Spicejet航空和印尼加魯達航空的波音「737 Max」。而從3月14日開始,全球的「737 Max」型客機已全面停飛。


但是不幸的是,這是兩次導致了300多人死亡的慘烈空難,才得到的教訓。但願各位商家今後在開發新產品的時候能夠妥善把測試做足,不要再以人命來檢測新產品、新系統的風險。


最後,願這兩次空難的逝者安息……




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