737max 摔了两架网上的讨论层出不穷,可是我一只都不明白波音为什么不加高起落架?感觉起落架的高矮貌似对飞机的气动没啥影响吧。装CFM 56 以后失速改出都需要小心推油防止出现抬头,更别提LEAP了。那么起落架高点让发动机缩回去不就好了吗 百思不得其解。


对气动没影响但对结构有很大影响啊,中央翼盒是整架飞机结构的核心,哪有那么好改

安装点不动,起落架改长一点吧,左右两个轮胎收起来后互相蹭上了怎么办

改安装点,把两个起落架外扩吧,要改大翼结构不说,你把起落架支柱放在发动机后面吹,能好么?

所以真要增高只能魔改起落架支柱,可以改成伸缩式,像330那样,收起来的时候是短的,下放后逐渐加长。MAX 10已经有这个设计了


不符合737MAX系列的定位:737MAX说白了就是超级炒冷饭,你可以把它类比成59魔改。任何对成本(制造成本和使用成本)影响比较大的改动都不符合商业利益,这就是资本的运作方式。目前的两起事故对于波音等公司来说不是人命,而是钱—对未来销售的影响。

回到飞机本身,为什么会影响成本,看下737起落架的回收模式:

737系列的起落架设计是非常简单的,甚至有些简陋。连舱盖都没有的,飞机上有两坑,轮子就自己把坑填上。优缺点别人说的太多了这里就不多说了。

但这种简单的结构也就意味著没什么改动的空间,坑和起落架支点的位置固定,起落架长度就改不了多少,737-10通过摇臂设计也只增加了24公分。(而且摇臂设计是增加动态长度,对防止长机身擦尾有用,落地后还是会压缩回原来差不多的长度)

想要为发动机进一步加高起落架机体结构要大改,不比重新设计一架飞机简单哪里去。

既然硬体改不了,那就软体处理吧,加俩感测器(真的只有两个感测器),找几个三哥堆点许可权高的一比的代码,OK!MCAS诞生了!多节省成本。


737MAX加高了前起落架,波音不选择加高后起落架是因为真的没有空间,连起落架舱门都给你省了哪还有空间放更长的起落架。

其次修改发动机进气口也不是MAX开始的,737-NG上为了适应CFM-56就改了。

反倒是出事的MAX上装的LEAP-1更圆滑一些。

737MAX需要MCAS是因为两个引擎和NG比更靠前且更高,更改的质心会改变飞机的俯仰操作,因此为避免飞行员过度抬高机头导致失速,才有的MCAS。


因为起落架要收起来

收起来是两侧相对收到腹舱

这就意味著起落架长度与腹舱宽度正相关

如果无所谓腹舱宽度任意加宽起落架支点;

1. 起落安全需要重新搞:速度、距离、最小/大起飞重量、最小/大降落重量、整机重量分布平衡

2. 主机翼结构调整:主机翼结构强度、主机翼厚度、发动机位置

3. 以上两个更改都会牵扯到——气动布局

这还不如重新设计一架新飞机


越来越大的发动机会是一个魔咒,不仅波音737MAX逃脱不了,连A321NEO一样逃脱不了。传统的吊挂式发动机布局带来了相对安全的气动构型,而不断增强的燃油经济性导致发动机越来越大,慢慢吃尽了发动机下的空间,只能导致发动机前移。而前移所带来的技术风险是被波音低估,而被空客忽略,从而带来了集中的风险爆发。下面是两张图对比A321NEO和波音737MAX的发动机位置:

▲A320neo的PW1100G发动机

LEAP系列发动机是波音737MAX的唯一供应商,其特点是LEAP-1B略小。LEAP-1B的风扇直径从737NG上CFM56-7B发动机的61.8英寸增加到69.4英寸。还将有一个新的数字调节器用于发动机排气系统,这将提高其可靠性。

▲波音737MAX所搭载的CFMLeap-1b发动机

目前来看,王孟源的说法可能是正确的,A321NEO和波音737MAX存在类似的问题,都是机翼很低,但是过去50多年来,每一代新涡扇发动机都增高了涵道比(Bypass Ratio)以追求更大的推力和更高的燃油效率,所以也就越来越粗胖。A321NEO机翼下也是存在没有足够的空间来吊挂发动机,空客借鉴了波音的做法将发动机舱(Engine Nacelle)向前上方挪移。

这个问题牵涉到比较精微的空气动力学。其实波音那个简介的基本叙述是正确的,只不过没有把细节说清楚罢了(可能是故意不说清楚,参见下文)。这里的额外上扬力矩并不发生于平飞的时候,也不直接来自发动机本身的推力,而是非线性空气动力学的后果。发动机舱为了减低阻力、增加空气流量,外环的剖面形状其实很像机翼,只不过必须卷成圆形。所以飞行的时候,发动机舱外环也产生「升力」,但它不是全部向上,而是与外环面垂直向内,于是在平飞状态下,这些升力互相抵消,没有实际影响。

但是在爬升阶段,飞机处于大迎角(Angle of Attack,又译为攻角)状态,这时气流主要作用于发动机舱外环的下缘,总升力就是向上了。这个升力因为有发动机抽取气流的影响,额外强大。同样的效应使得把发动机紧靠在机翼上缘成为增升的极端手段之一,例如强调短距起降性能的Antonov An-72。而发动机舱外环产生意外升力以至飞行器研发失败,也早有前例,对历史有兴趣的读者可以搜索Hiller VZ-1 Pawnee。

VZ-1 Pawnee是Hiller Aircraft为美国陆军设计研究的单兵飞行平台,1955年首飞。原本设计师希望由乘员倾斜身体来改变飞行方向,结果实验发现发动机舱外环的升力效应太强,稍有倾斜,那个方向的升力就大幅增加,把平台又推回平稳悬停状态。一个无法控制如何前进后退的飞行平台,当然是没有用处的,所以这个计划就被放弃了。

A321NEO发动机前移之后,这个来自发动机舱外环下缘的气动升力就会产生上扬力矩。新发动机的外环粗大、进气量高,都使得力矩更强。更糟糕的是这个力矩随迎角增加而有非线性的快速增大,所以一旦它开始让飞机上扬,就会有失控性的不稳定(Runaway Instability)。换句话说,A321NEO在俯仰轴向(Pitch)没有完全的静稳定性(Static Stability)。

静不稳定性是自F16之后,现代高性能战机的特性之一。它使得飞机极为灵活,但是因为飞机在极短时间就可能失控,驾驶员无论如何不可能用手控来维持安全飞行,所以静不稳定性设计的前提是电传飞控,也就是计算机全自动控制,在不稳定性随机发生的几毫秒内就自行主动更正。但A321NEO这个问题和737不同,应该还是有解决办法的,那就是通过在数字飞控系统中增加迎角控制功能。

只不过从问题的发现来说,空客可能是比波音更糟糕的,毕竟波音是注意到了这个问题,而空客则未能发现这个问题(只需要在飞控系统中增加迎角控制演算法即可)。从技术水平上来说,波音也许是要超过空客的,但就道德水平来说,空客也许是是要高过波音。当然,再往深里讨论,此类问题应该是可以通过比较深入的风洞测试而发现的,那么空客是否进行了充分的风洞测试都是个问题,欧空局一样难逃干系。

补充资料:

参考消息网7月21日报道英媒称,航空公司被提醒注意空中客车公司最新款飞机的飞行控制系统存在可能危险的缺陷,这一缺陷与目前处于停飞状态的波音737MAX飞机的问题有相似之处。

据英国《泰晤士报》网站7月19日报道,欧洲航空安全局针对空客A321neo飞机发布适航性指令,原因是这款飞机被发现在某些情况下机头上仰过度。

空客表示,这可能发生在飞机著陆的最后阶段一个硬操作的过程中。欧洲航空安全局的指令说:「这种状况如果不加以纠正,可能导致对飞机的控制减弱。」

作为临时补救办法,航空公司被告知,不要在空客A321neo的后部装载目前允许的最大重量(飞机能搭载约185名乘客)。航空公司必须相应修改其操作手册。

空客强调,运行A321neo机尾和机翼控制系统的计算机软体的问题只发生在「特定和罕见条件下,并与特定的受控操作结合在一起」。

空客说,飞机控制可能减弱的情况只涉及某个低级的硬操作,比如在最后阶段为中断著陆而进行「复飞」。

在谈到令波音损失高达50亿美元的波音危机时,空客说:「(空中客车公司的)这个情况与影响除空客机型以外的飞机的其他情况有明显不同。」

空客表示,将在2020年第三季度前拿出永久性补救办法。

专家说,波音和空客的飞机出现的稳定问题,源于飞机的计算机纠正每架飞机机头上仰的自然倾向的方式。这个问题发生在飞机装备了比先前机型更大的新发动机之后。

然而,高度自动化的空客系统与相对简单的波音系统有很大不同。美国航空新闻媒体利厄姆新闻和评论网站的分析师比约恩·费尔姆7月18日写道,减少机头过度俯仰的波音系统存在缺陷,这是「不可接受的糟糕做法。但空客A321neo的问题是可以改进的」。

起飞中的空客A321neo(《澳大利亚人报》网站)

关于737MAX这个问题,大家还是不要去过多考虑推力的问题了,(LEAP-1B这个发动机改进主要体现在燃油经济性和可维护性上,而不是推力,推力的提升是军机所强调的);而且波音自己都强调737MAX降低了对发动机推力的需求,来证明自己在飞机轻量化方面的进步和减阻方面的进步。另外,正常飞行时也不是用的最大推力 ,而是设置成经济巡航模式(更不可能是最大推力)

补充资料:

关于推力我引用南航的数据:

对于B737-MAX8使用的CFM LEAP-1B发动机,在航班运行中与B737-700和B737-800在推力上什么区别呢?

答:公司目前使用的B737-700 22K及24K发动机;B737-800 26K发动机;而B737-MAX8发动机额定推力为27K。27k到底代表什么呢?27K就是27000磅推力,也就是一台发动机额定推力可以产生12250kg推力。通过对比QRH空速不可靠表可知:

B737-700在1500ft,襟翼30Vref+10节,重量50吨对应50.4%N1,60吨对应54.6%N1;差值为10吨重量对应4.2%N1。

B737-800在1500ft,襟翼30Vref+10节,重量50吨对应53%N1,60吨对应58%N1;差值为10吨重量对应5%N1。

B737-MAX8在1500ft,襟翼30Vref+10节,重量50吨对应45.4%N1,60吨对应49.3%N1;70吨对应52.8%,差值为10吨重量对应3.9%N1及3.5%N1。

上表(该图表由GE公司提供)可以看出同等条件下20%N1慢车推力,LEAP1B发动机产生1100lbf推力而CFM56产生800lbf推力。

737MAX飞机换装了更粗大更省油的LEAP发动机之后,从上图可以看出,发动机顶端几乎和机翼前缘齐平,而别的客机的发动机上表面大多要比机翼前缘低一些,为了保证发动机地步和地面有最低安全距离,波音无可奈何,下面不让走,那就上面去得了,最终换大直径超省油先进发动机的结果就是飞机容易在大迎角飞行失速!但这种构型导致机翼的气动特性大大改变,可以说波音737MAX换发动机后带来了巨大的气动恶化问题。

容易失速这可是要命的事情(这个才是飞行员投诉的重点),最终没有办法,波音设计师就开发会了这套MCAS增稳系统,随时监测飞机迎角,迎角超过了安全界限,就自动压低机头保持10秒钟飞行然后解除。

说到波音研究的新构型的机,波音其实已经在研究新结构的机翼,也在研究全新构型的客机。目前的三种方案中,跨音速桁架支撑机翼」(TTBW)是与原有客机结构承接最好的。但时间,时间,还是时间问题。

补充资料:

波音于近日公布了一项新的机翼设计方案:跨音速桁架支撑机翼(Transonic Truss-Braced Wing)。研究人员表示,这种机翼可改善飞机的空气动力学特性和提高燃油经济性。

波音公司称这项与NASA合作的研究已进行了十年,「跨音速桁架支撑机翼」(TTBW)是波音「亚音速超绿色飞机研究计划」(SUGAR)的一部分,目标是设计20年后所需要的飞机,满足燃油效率提升和「绿色航空」的要求。

波音在NASA艾姆斯研究中心风洞做模型实验。从比例上看,这架飞机有一个明显加长的机翼,而且也由目前几乎是标准的下单翼改为上单翼。正因为机翼由之前的短、宽、厚改为长、窄、薄,所以需要一个桁架支撑?它还有一个T型尾翼,这不是的小修改,可以说是新机型了。

研究人员表示,它将比传统飞机飞得更快,可以达到0.80马赫的巡航速度,同时比传统机翼的飞机省油5%-10%。

为了满足更加严格的环保要求,采用非常规布局的商用飞机几乎已经成为航空界的共识。但到底哪种布局最有前景,目前并没有定论。各研究机构开展了包括翼身融合体、双气泡、分散式推进等不同的方案研究。其中,波音和NASA联合研究的「跨声速桁架支撑机翼布局」(transonic truss-braced wing,缩写为TTBW)是一种很有潜力的布局方案。

TTBW从外形上看似乎是传统的「筒状机身加机翼」布局,但是对于喷气式飞机采用如此大翼展、低阻力、桁架支撑结构的机翼确是全新的概念。TTBW由波音研究与技术部(BRT)在NASA亚声速超绿色飞机研究项目(Sugar)下提出。Sugar项目旨在识别和研究能够满足NASA的「N+3」代飞机(2030年后服役的商用飞机)要求的创新布局。前不久,NASA提出了新航空地平线计划,希望在2020年后开展采用这些创新布局的X系列飞机的飞行验证,其中可能就包括桁架支撑机翼。在TTBW刚刚完成的风洞试验中,它的展弦比达到了19.55,相比之下,波音787和747-8的展弦比仅分别为11和8。

在Sugar项目下,波音最初设计的创新布局仅为「桁架支撑机翼」(即TBW),但后来研究发现该布局在较高飞行速度中的优异性能,因此增加了「跨声速」的描述,这也是为了同采用低速、支撑杆布局的小型通用飞机区别开来。

同传统的悬臂梁式机翼相比,桁架支撑机翼由于桁架承担了部分载荷,减轻了翼根弯矩,理论上可以更轻;如果在同等重量下则机翼可以造得更大。机翼越大,升阻比越大、诱导阻力越小。此外,桁架的支撑使得机翼翼型可以做得更薄,显著降低跨声速飞行中的波阻,而薄翼型对于实现自然层流也更为有利。

然而,理论研究的结果是喜人的,但是如何将TBW的理论优势转化为实际性能改善是另一个问题,尤其是对于如此大翼展、柔性机翼的模型如何进行精确的风洞试验测试是一大挑战。波音和NASA已经共同开展了三个阶段的风洞试验研究,分别是2010年的第一阶段试验、2014~2015年的第二阶段试验以及2016年初刚刚完成的第三阶段试验。

Sugar项目第一阶段在2010年结束。第一阶段的研究表明,相比传统悬臂式机翼布局,TBW能够降低5%~10%的燃油消耗。但是,为了确保大展弦比细长机翼不致发生颤振而付出的重量代价在当时来说还具有很大的不确定性。

在Sugar项目的第二阶段,波音与弗吉尼亚理工学院和乔治亚理工学院合作开发了TBW布局的有限元模型,并通过风洞试验测试一个动态相似的TBW模型来完善和验证有限元模型,进而获得对结构重量的精确评估。第二阶段的试验在NASA兰利研究中心跨声速风洞中进行(测试风速在马赫数0.7左右),采用15%缩比的半翼展模型。令人惊喜的是,试验结果表明,虽然TBW布局内翼的刚度远远低于传统机翼,但是为避免颤振发生而只需付出较小的代价,TBW布局是可行的。

2015~2016年,波音继续开展了Sugar项目的第三阶段试验,以进一步了解TBW的高速气动性能和桁架与机翼的干扰影响。试验模型采用4.5%缩比、机翼平均后掠角12.5度、翼展2.35米的模型。换算到全尺寸,相当于翼展52米,而安装了翼梢小翼的波音737-800翼展仅为36米。NASA兰利研究中心航宇研究工程师格雷格·加特林表示:「基于这个尺寸和外形,我们认为TBW应该能够成为未来客机设计的备选方案之一。目前,这种布局还没有达到足够的成熟,有关桁架和机翼之间的干扰阻力和激波阻力还需要进一步研究。」

加特林说:「通过使用CFD工具,我们已经将桁架和机翼之间的干扰阻力降低到了最小。但是我们想通过更加精确的压力感测器、压敏漆等风洞测试手段验证一下我们的结果,或许还能发现CFD未曾捕捉到的流动现象。此外,我们从结构承载的角度研究了桁架与机翼梁和肋的结合位置,以实现最轻的结构设计。」

在埃姆斯进行的试验中,研究人员测试了两种不同的桁架支撑结构,两种结构和机翼的连接位置完全一致,都由一个单主支柱和一个辅助支柱组成。如左下图中右下角小图所示,两个主支柱分别被称为「基线支柱」和「备选支柱」。基线支柱(图中蓝色)采用和机翼下表面直接锐角相连,而备选支柱(图中绿色)同机翼下表面的连接采用直角形式,类似于短舱挂架同机翼的连接方式。据加特林描述,为了避免激波的产生,这两种支柱都要设计为产生「小的负升力」。

波音负责Sugar项目的副首席研究员克里斯多夫·德洛尼称,两种支撑柱的试验结果差别很小。备选支柱的阻力稍大,而操纵性可能更好。基线支柱的方案由于气弹和刚度特性更好,目前更受青睐。

在埃姆斯进行的第三阶段风洞试验测试了较宽的风速范围,从最小马赫数0.5、到最大使用马赫数0.795、再到俯冲马赫数0.865。目前,还不能对TBW布局下结论,因为在试验的飞行包线内并没有测得抖振现象,而根据悬臂梁经验理论预测,抖振会在俯冲马赫数和特定升力系数下发生。

另一个需要关注的焦点是翼柱和机翼连接处的流动现象。试验中研究了不同飞行条件下的阻力增量,试验结果同CFD预测有些差距,目前正在进行详细的数据分析,以明确阻力的具体来源。分析这些数据面临的一个难点是,由于机翼很薄,机翼变形引起的阻力变化可能会影响对阻力增量的判断。为了测量机翼的变形,试验中采用两台专用相机对机翼下表面的6排白色小点进行了拍摄,以分析机翼的弯曲和扭转变形。

目前,NASA和波音正在讨论开展第四阶段的试验。德洛尼表示:「对于TBW,我们还有很多领域需要探索,比如低速条件下的抖振、损伤容限和鸟撞等。总之,目前的TBW构型只是一个研究构型,未来可能会完全不同。」

完全超越了目前客机机翼设计物理极限的机翼长度和轻量化,可以允许客机有更长更轻的机翼。

目前的几种NASA推动的三种方案,最像传统客机的并且对机场原有地面设备改动最小的肯定还是跨音速桁架支撑机翼」(TTBW)。


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