737max 摔了兩架網上的討論層出不窮,可是我一隻都不明白波音為什麼不加高起落架?感覺起落架的高矮貌似對飛機的氣動沒啥影響吧。裝CFM 56 以後失速改出都需要小心推油防止出現抬頭,更別提LEAP了。那麼起落架高點讓發動機縮回去不就好了嗎 百思不得其解。


對氣動沒影響但對結構有很大影響啊,中央翼盒是整架飛機結構的核心,哪有那麼好改

安裝點不動,起落架改長一點吧,左右兩個輪胎收起來後互相蹭上了怎麼辦

改安裝點,把兩個起落架外擴吧,要改大翼結構不說,你把起落架支柱放在發動機後面吹,能好麼?

所以真要增高只能魔改起落架支柱,可以改成伸縮式,像330那樣,收起來的時候是短的,下放後逐漸加長。MAX 10已經有這個設計了


不符合737MAX系列的定位:737MAX說白了就是超級炒冷飯,你可以把它類比成59魔改。任何對成本(製造成本和使用成本)影響比較大的改動都不符合商業利益,這就是資本的運作方式。目前的兩起事故對於波音等公司來說不是人命,而是錢—對未來銷售的影響。

回到飛機本身,為什麼會影響成本,看下737起落架的回收模式:

737系列的起落架設計是非常簡單的,甚至有些簡陋。連艙蓋都沒有的,飛機上有兩坑,輪子就自己把坑填上。優缺點別人說的太多了這裡就不多說了。

但這種簡單的結構也就意味著沒什麼改動的空間,坑和起落架支點的位置固定,起落架長度就改不了多少,737-10通過搖臂設計也只增加了24公分。(而且搖臂設計是增加動態長度,對防止長機身擦尾有用,落地後還是會壓縮回原來差不多的長度)

想要為發動機進一步加高起落架機體結構要大改,不比重新設計一架飛機簡單哪裡去。

既然硬體改不了,那就軟體處理吧,加倆感測器(真的只有兩個感測器),找幾個三哥堆點許可權高的一比的代碼,OK!MCAS誕生了!多節省成本。


737MAX加高了前起落架,波音不選擇加高後起落架是因為真的沒有空間,連起落架艙門都給你省了哪還有空間放更長的起落架。

其次修改發動機進氣口也不是MAX開始的,737-NG上為了適應CFM-56就改了。

反倒是出事的MAX上裝的LEAP-1更圓滑一些。

737MAX需要MCAS是因為兩個引擎和NG比更靠前且更高,更改的質心會改變飛機的俯仰操作,因此為避免飛行員過度抬高機頭導致失速,纔有的MCAS。


因為起落架要收起來

收起來是兩側相對收到腹艙

這就意味著起落架長度與腹艙寬度正相關

如果無所謂腹艙寬度任意加寬起落架支點;

1. 起落安全需要重新搞:速度、距離、最小/大起飛重量、最小/大降落重量、整機重量分佈平衡

2. 主機翼結構調整:主機翼結構強度、主機翼厚度、發動機位置

3. 以上兩個更改都會牽扯到——氣動佈局

這還不如重新設計一架新飛機


越來越大的發動機會是一個魔咒,不僅波音737MAX逃脫不了,連A321NEO一樣逃脫不了。傳統的弔掛式發動機佈局帶來了相對安全的氣動構型,而不斷增強的燃油經濟性導致發動機越來越大,慢慢喫盡了發動機下的空間,只能導致發動機前移。而前移所帶來的技術風險是被波音低估,而被空客忽略,從而帶來了集中的風險爆發。下面是兩張圖對比A321NEO和波音737MAX的發動機位置:

▲A320neo的PW1100G發動機

LEAP系列發動機是波音737MAX的唯一供應商,其特點是LEAP-1B略小。LEAP-1B的風扇直徑從737NG上CFM56-7B發動機的61.8英寸增加到69.4英寸。還將有一個新的數字調節器用於發動機排氣系統,這將提高其可靠性。

▲波音737MAX所搭載的CFMLeap-1b發動機

目前來看,王孟源的說法可能是正確的,A321NEO和波音737MAX存在類似的問題,都是機翼很低,但是過去50多年來,每一代新渦扇發動機都增高了涵道比(Bypass Ratio)以追求更大的推力和更高的燃油效率,所以也就越來越粗胖。A321NEO機翼下也是存在沒有足夠的空間來弔掛發動機,空客借鑒了波音的做法將發動機艙(Engine Nacelle)向前上方挪移。

這個問題牽涉到比較精微的空氣動力學。其實波音那個簡介的基本敘述是正確的,只不過沒有把細節說清楚罷了(可能是故意不說清楚,參見下文)。這裡的額外上揚力矩並不發生於平飛的時候,也不直接來自發動機本身的推力,而是非線性空氣動力學的後果。發動機艙為了減低阻力、增加空氣流量,外環的剖面形狀其實很像機翼,只不過必須捲成圓形。所以飛行的時候,發動機艙外環也產生「升力」,但它不是全部向上,而是與外環面垂直向內,於是在平飛狀態下,這些升力互相抵消,沒有實際影響。

但是在爬升階段,飛機處於大迎角(Angle of Attack,又譯為攻角)狀態,這時氣流主要作用於發動機艙外環的下緣,總升力就是向上了。這個升力因為有發動機抽取氣流的影響,額外強大。同樣的效應使得把發動機緊靠在機翼上緣成為增升的極端手段之一,例如強調短距起降性能的Antonov An-72。而發動機艙外環產生意外升力以至飛行器研發失敗,也早有前例,對歷史有興趣的讀者可以搜索Hiller VZ-1 Pawnee。

VZ-1 Pawnee是Hiller Aircraft為美國陸軍設計研究的單兵飛行平臺,1955年首飛。原本設計師希望由乘員傾斜身體來改變飛行方向,結果實驗發現發動機艙外環的升力效應太強,稍有傾斜,那個方向的升力就大幅增加,把平臺又推回平穩懸停狀態。一個無法控制如何前進後退的飛行平臺,當然是沒有用處的,所以這個計劃就被放棄了。

A321NEO發動機前移之後,這個來自發動機艙外環下緣的氣動升力就會產生上揚力矩。新發動機的外環粗大、進氣量高,都使得力矩更強。更糟糕的是這個力矩隨迎角增加而有非線性的快速增大,所以一旦它開始讓飛機上揚,就會有失控性的不穩定(Runaway Instability)。換句話說,A321NEO在俯仰軸向(Pitch)沒有完全的靜穩定性(Static Stability)。

靜不穩定性是自F16之後,現代高性能戰機的特性之一。它使得飛機極為靈活,但是因為飛機在極短時間就可能失控,駕駛員無論如何不可能用手控來維持安全飛行,所以靜不穩定性設計的前提是電傳飛控,也就是計算機全自動控制,在不穩定性隨機發生的幾毫秒內就自行主動更正。但A321NEO這個問題和737不同,應該還是有解決辦法的,那就是通過在數字飛控系統中增加迎角控制功能。

只不過從問題的發現來說,空客可能是比波音更糟糕的,畢竟波音是注意到了這個問題,而空客則未能發現這個問題(只需要在飛控系統中增加迎角控制演算法即可)。從技術水平上來說,波音也許是要超過空客的,但就道德水平來說,空客也許是是要高過波音。當然,再往深裏討論,此類問題應該是可以通過比較深入的風洞測試而發現的,那麼空客是否進行了充分的風洞測試都是個問題,歐空局一樣難逃幹係。

補充資料:

參考消息網7月21日報道英媒稱,航空公司被提醒注意空中客車公司最新款飛機的飛行控制系統存在可能危險的缺陷,這一缺陷與目前處於停飛狀態的波音737MAX飛機的問題有相似之處。

據英國《泰晤士報》網站7月19日報道,歐洲航空安全局針對空客A321neo飛機發布適航性指令,原因是這款飛機被發現在某些情況下機頭上仰過度。

空客表示,這可能發生在飛機著陸的最後階段一個硬操作的過程中。歐洲航空安全局的指令說:「這種狀況如果不加以糾正,可能導致對飛機的控制減弱。」

作為臨時補救辦法,航空公司被告知,不要在空客A321neo的後部裝載目前允許的最大重量(飛機能搭載約185名乘客)。航空公司必須相應修改其操作手冊。

空客強調,運行A321neo機尾和機翼控制系統的計算機軟體的問題只發生在「特定和罕見條件下,並與特定的受控操作結合在一起」。

空客說,飛機控制可能減弱的情況只涉及某個低級的硬操作,比如在最後階段為中斷著陸而進行「復飛」。

在談到令波音損失高達50億美元的波音危機時,空客說:「(空中客車公司的)這個情況與影響除空客機型以外的飛機的其他情況有明顯不同。」

空客表示,將在2020年第三季度前拿出永久性補救辦法。

專家說,波音和空客的飛機出現的穩定問題,源於飛機的計算機糾正每架飛機機頭上仰的自然傾向的方式。這個問題發生在飛機裝備了比先前機型更大的新發動機之後。

然而,高度自動化的空客系統與相對簡單的波音系統有很大不同。美國航空新聞媒體利厄姆新聞和評論網站的分析師比約恩·費爾姆7月18日寫道,減少機頭過度俯仰的波音系統存在缺陷,這是「不可接受的糟糕做法。但空客A321neo的問題是可以改進的」。

起飛中的空客A321neo(《澳大利亞人報》網站)

關於737MAX這個問題,大家還是不要去過多考慮推力的問題了,(LEAP-1B這個發動機改進主要體現在燃油經濟性和可維護性上,而不是推力,推力的提升是軍機所強調的);而且波音自己都強調737MAX降低了對發動機推力的需求,來證明自己在飛機輕量化方面的進步和減阻方面的進步。另外,正常飛行時也不是用的最大推力 ,而是設置成經濟巡航模式(更不可能是最大推力)

補充資料:

關於推力我引用南航的數據:

對於B737-MAX8使用的CFM LEAP-1B發動機,在航班運行中與B737-700和B737-800在推力上什麼區別呢?

答:公司目前使用的B737-700 22K及24K發動機;B737-800 26K發動機;而B737-MAX8發動機額定推力為27K。27k到底代表什麼呢?27K就是27000磅推力,也就是一臺發動機額定推力可以產生12250kg推力。通過對比QRH空速不可靠表可知:

B737-700在1500ft,襟翼30Vref+10節,重量50噸對應50.4%N1,60噸對應54.6%N1;差值為10噸重量對應4.2%N1。

B737-800在1500ft,襟翼30Vref+10節,重量50噸對應53%N1,60噸對應58%N1;差值為10噸重量對應5%N1。

B737-MAX8在1500ft,襟翼30Vref+10節,重量50噸對應45.4%N1,60噸對應49.3%N1;70噸對應52.8%,差值為10噸重量對應3.9%N1及3.5%N1。

上表(該圖表由GE公司提供)可以看出同等條件下20%N1慢車推力,LEAP1B發動機產生1100lbf推力而CFM56產生800lbf推力。

737MAX飛機換裝了更粗大更省油的LEAP發動機之後,從上圖可以看出,發動機頂端幾乎和機翼前緣齊平,而別的客機的發動機上表面大多要比機翼前緣低一些,為了保證發動機地步和地面有最低安全距離,波音無可奈何,下面不讓走,那就上面去得了,最終換大直徑超省油先進發動機的結果就是飛機容易在大迎角飛行失速!但這種構型導致機翼的氣動特性大大改變,可以說波音737MAX換髮動機後帶來了巨大的氣動惡化問題。

容易失速這可是要命的事情(這個纔是飛行員投訴的重點),最終沒有辦法,波音設計師就開發會了這套MCAS增穩系統,隨時監測飛機迎角,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。

說到波音研究的新構型的機,波音其實已經在研究新結構的機翼,也在研究全新構型的客機。目前的三種方案中,跨音速桁架支撐機翼」(TTBW)是與原有客機結構承接最好的。但時間,時間,還是時間問題。

補充資料:

波音於近日公佈了一項新的機翼設計方案:跨音速桁架支撐機翼(Transonic Truss-Braced Wing)。研究人員表示,這種機翼可改善飛機的空氣動力學特性和提高燃油經濟性。

波音公司稱這項與NASA合作的研究已進行了十年,「跨音速桁架支撐機翼」(TTBW)是波音「亞音速超綠色飛機研究計劃」(SUGAR)的一部分,目標是設計20年後所需要的飛機,滿足燃油效率提升和「綠色航空」的要求。

波音在NASA艾姆斯研究中心風洞做模型實驗。從比例上看,這架飛機有一個明顯加長的機翼,而且也由目前幾乎是標準的下單翼改為上單翼。正因為機翼由之前的短、寬、厚改為長、窄、薄,所以需要一個桁架支撐?它還有一個T型尾翼,這不是的小修改,可以說是新機型了。

研究人員表示,它將比傳統飛機飛得更快,可以達到0.80馬赫的巡航速度,同時比傳統機翼的飛機省油5%-10%。

為了滿足更加嚴格的環保要求,採用非常規佈局的商用飛機幾乎已經成為航空界的共識。但到底哪種佈局最有前景,目前並沒有定論。各研究機構開展了包括翼身融合體、雙氣泡、分散式推進等不同的方案研究。其中,波音和NASA聯合研究的「跨聲速桁架支撐機翼佈局」(transonic truss-braced wing,縮寫為TTBW)是一種很有潛力的佈局方案。

TTBW從外形上看似乎是傳統的「筒狀機身加機翼」佈局,但是對於噴氣式飛機採用如此大翼展、低阻力、桁架支撐結構的機翼確是全新的概念。TTBW由波音研究與技術部(BRT)在NASA亞聲速超綠色飛機研究項目(Sugar)下提出。Sugar項目旨在識別和研究能夠滿足NASA的「N+3」代飛機(2030年後服役的商用飛機)要求的創新佈局。前不久,NASA提出了新航空地平線計劃,希望在2020年後開展採用這些創新佈局的X系列飛機的飛行驗證,其中可能就包括桁架支撐機翼。在TTBW剛剛完成的風洞試驗中,它的展弦比達到了19.55,相比之下,波音787和747-8的展弦比僅分別為11和8。

在Sugar項目下,波音最初設計的創新佈局僅為「桁架支撐機翼」(即TBW),但後來研究發現該佈局在較高飛行速度中的優異性能,因此增加了「跨聲速」的描述,這也是為了同採用低速、支撐桿佈局的小型通用飛機區別開來。

同傳統的懸臂樑式機翼相比,桁架支撐機翼由於桁架承擔了部分載荷,減輕了翼根彎矩,理論上可以更輕;如果在同等重量下則機翼可以造得更大。機翼越大,升阻比越大、誘導阻力越小。此外,桁架的支撐使得機翼翼型可以做得更薄,顯著降低跨聲速飛行中的波阻,而薄翼型對於實現自然層流也更為有利。

然而,理論研究的結果是喜人的,但是如何將TBW的理論優勢轉化為實際性能改善是另一個問題,尤其是對於如此大翼展、柔性機翼的模型如何進行精確的風洞試驗測試是一大挑戰。波音和NASA已經共同開展了三個階段的風洞試驗研究,分別是2010年的第一階段試驗、2014~2015年的第二階段試驗以及2016年初剛剛完成的第三階段試驗。

Sugar項目第一階段在2010年結束。第一階段的研究表明,相比傳統懸臂式機翼佈局,TBW能夠降低5%~10%的燃油消耗。但是,為了確保大展弦比細長機翼不致發生顫振而付出的重量代價在當時來說還具有很大的不確定性。

在Sugar項目的第二階段,波音與弗吉尼亞理工學院和喬治亞理工學院合作開發了TBW佈局的有限元模型,並通過風洞試驗測試一個動態相似的TBW模型來完善和驗證有限元模型,進而獲得對結構重量的精確評估。第二階段的試驗在NASA蘭利研究中心跨聲速風洞中進行(測試風速在馬赫數0.7左右),採用15%縮比的半翼展模型。令人驚喜的是,試驗結果表明,雖然TBW佈局內翼的剛度遠遠低於傳統機翼,但是為避免顫振發生而只需付出較小的代價,TBW佈局是可行的。

2015~2016年,波音繼續開展了Sugar項目的第三階段試驗,以進一步瞭解TBW的高速氣動性能和桁架與機翼的幹擾影響。試驗模型採用4.5%縮比、機翼平均後掠角12.5度、翼展2.35米的模型。換算到全尺寸,相當於翼展52米,而安裝了翼梢小翼的波音737-800翼展僅為36米。NASA蘭利研究中心航宇研究工程師格雷格·加特林表示:「基於這個尺寸和外形,我們認為TBW應該能夠成為未來客機設計的備選方案之一。目前,這種佈局還沒有達到足夠的成熟,有關桁架和機翼之間的幹擾阻力和激波阻力還需要進一步研究。」

加特林說:「通過使用CFD工具,我們已經將桁架和機翼之間的幹擾阻力降低到了最小。但是我們想通過更加精確的壓力感測器、壓敏漆等風洞測試手段驗證一下我們的結果,或許還能發現CFD未曾捕捉到的流動現象。此外,我們從結構承載的角度研究了桁架與機翼梁和肋的結合位置,以實現最輕的結構設計。」

在埃姆斯進行的試驗中,研究人員測試了兩種不同的桁架支撐結構,兩種結構和機翼的連接位置完全一致,都由一個單主支柱和一個輔助支柱組成。如左下圖中右下角小圖所示,兩個主支柱分別被稱為「基線支柱」和「備選支柱」。基線支柱(圖中藍色)採用和機翼下表面直接銳角相連,而備選支柱(圖中綠色)同機翼下表面的連接採用直角形式,類似於短艙掛架同機翼的連接方式。據加特林描述,為了避免激波的產生,這兩種支柱都要設計為產生「小的負升力」。

波音負責Sugar項目的副首席研究員克里斯多夫·德洛尼稱,兩種支撐柱的試驗結果差別很小。備選支柱的阻力稍大,而操縱性可能更好。基線支柱的方案由於氣彈和剛度特性更好,目前更受青睞。

在埃姆斯進行的第三階段風洞試驗測試了較寬的風速範圍,從最小馬赫數0.5、到最大使用馬赫數0.795、再到俯衝馬赫數0.865。目前,還不能對TBW佈局下結論,因為在試驗的飛行包線內並沒有測得抖振現象,而根據懸臂樑經驗理論預測,抖振會在俯衝馬赫數和特定升力係數下發生。

另一個需要關注的焦點是翼柱和機翼連接處的流動現象。試驗中研究了不同飛行條件下的阻力增量,試驗結果同CFD預測有些差距,目前正在進行詳細的數據分析,以明確阻力的具體來源。分析這些數據面臨的一個難點是,由於機翼很薄,機翼變形引起的阻力變化可能會影響對阻力增量的判斷。為了測量機翼的變形,試驗中採用兩臺專用相機對機翼下表面的6排白色小點進行了拍攝,以分析機翼的彎曲和扭轉變形。

目前,NASA和波音正在討論開展第四階段的試驗。德洛尼表示:「對於TBW,我們還有很多領域需要探索,比如低速條件下的抖振、損傷容限和鳥撞等。總之,目前的TBW構型只是一個研究構型,未來可能會完全不同。」

完全超越了目前客機機翼設計物理極限的機翼長度和輕量化,可以允許客機有更長更輕的機翼。

目前的幾種NASA推動的三種方案,最像傳統客機的並且對機場原有地面設備改動最小的肯定還是跨音速桁架支撐機翼」(TTBW)。


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