737的前世今生（下）客机中的战斗机

737 MAX，客机中的战斗机

在开篇的时候曾说不想深入探讨这两次MAX-8坠机的具体原因，但是在写完前2篇，了解了整个737家族的发展过程、查看过相关资料之后，发现一些很有意思的东西，忽然觉得有必要写一写，于是2篇扩充成了3篇。

MCAS如何工作

对于两起MAX-8的空难原因，随着埃航初步调查 告的出炉，连波音公司CEO米伦伯格都发表声明，承认自动防止失速的机动特性增强系统 – MCAS存在问题，将在未来几周内完成相关软件更新。

如今人人喊打的MCAS是怎么样的工作逻辑，又为什么会失效，各路专家和媒体已经分析得很多了，最简略地讲一下就是MCAS从单侧攻角传感器上获取攻角数据，仅在襟翼收起的手动飞行状态生效，当攻角和速度达到阈值就会自动触发。

需要注意的是MCAS并不是大多数人想象的那样一下子把机头推到底，进入死亡俯冲的。它驱动水平安定面偏转的速度是0.27°/秒，在最长9.26秒的时间内总偏转角度不超过2.5°，然后暂停5秒种，如果触发条件依然成立，则重复动作。偏转角度的多少和当时飞机的马赫数有关，速度越高偏转角度越小。当MCAS介入俯仰配平时，推拉驾驶杆不起作用，也就是MCAS此时的权限高于飞行员。

据CNN 道，美国飞行员曾经投诉737 MAX飞行手册提供的信息“不充分，几乎是犯罪般的不足 – inadequate and almost criminally insufficient”。同样是一死，这种死法比眼睛一闭垂直坠落要残酷得多，眼睁睁看着飞机每分钟10°缓缓转入俯冲扑向大地却无计可施。

> 埃航总裁加布雷马里亚姆在坠机现场的深坑中查看残骸，他在声明中说：“我们为公司飞行员感到非常自豪，他们在遇到危机时遵守了所有紧急程序，并在如此困难的情况下依然体现出极高水平的专业。”

上图是737-MAX的驾驶舱，①是驾驶盘上的常规电子俯仰配平控制开关，只有同时推动左右两个并排的按钮才起作用，以防止误操作。往上推是低头，往下推是抬头，置于中位关闭。有的文章说飞行员关闭这个开关可以终止MCAS的动作，但5秒种后触发条件成立的话还会再次激活。如果是这样飞行员保持每5秒钟按一次也能一直限制MCAS的工作，所以我感觉MCAS的权限是超过这个控制开关的。

要想彻底掐灭MCAS的篡权，飞行员必须手动切断安定面配平电门③才能终止它的工作，然后用手动曲柄转动配平手轮②进行人工配平。重新接通③后触发条件依然成立的话，MCAS又将再次自动激活（杀不死的小强啊）。

但是埃航当时的情况又不同，刚起飞在襟翼还没收起的状态下MCAS就被触发了，出现机头下压的险情，MCAS系统中可能还隐藏了其它不为人知的bug。刚接受过专项培训的埃航飞行员判断不是MCAS系统故障（因为襟翼收起的触发逻辑不成立），所以没有关闭安定面配平电门，只是拉杆以试图抬起机头。人机搏斗的结果是MCAS胜出，控制飞机进入高速俯冲坠地。

3月27日，波音公布了MCAS的更新方案：

1. 飞行控制系统将比较2个攻角传感器的输入。襟翼收起后2个传感器的差值如果大于5.5°，MCAS将不会激活，控制面板将显示警告信息。
2. 在非正常情况下MCAS被激活时，仅会执行1次低头操作，避免多次重复动作。
3. 飞行员可以通过拉杆抵消MCAS对水平安定面发出的指令。

另外在737 MAX的仪表系统里，如此重要的攻角指示居然只是一个选装项目，需要额外付费才会安装。在2起空难之前，全球78家用户中只有西南航空和美国航空两家美国本土航司选购了这一功能。如今作为事后补救措施，所有MAX在系统升级时都将免费安装。

攻角指示功能里还包括“AOA disagree – 攻角不符”的告警显示，如果左右2个攻角传感器的读数差值大于10°并持续超过10秒钟，显示屏下方的AOA DISAGREE指示灯将点亮告警。现在它也成为MAX的标配。

上面这几项改进也正反映出原有的缺陷。造成飞机坠毁的直接原因是攻角传感器度数错误，如果它的测量数据准确，原本飞行姿态正常的两架MAX-8上的MCAS也不会被激活。

> 737 MAX机头特写

当然在实际飞行中，因为结冰、维护不当、外物损坏等多种原因，飞参传感器出现故障是很常见的情况，这就要求飞机设计时留有足够的备份，提高系统冗余度。整个737家族都只配备了左右2个攻角传感器，互为备份。而电传操纵的A320则有3个，除了机头的2个主传感器，在左侧前机身下飞还有一个备份传感器，在飞行中同样处于加热激活状态，主传感器中的任意一个发生故障将自动切换到备份传感器。

> A320机头特写

第三才是MCAS那个超越飞行员的控制权限。只要触发条件成立，MCAS将始终保持在激活状态，并凌驾于飞行员之上，除非飞行员将其彻底关闭。本来是自动工作以分担飞行员的配平工作量，现在演变成了抢班夺权。

为什么要装MCAS

攻角传感器故障也好、MCAS逻辑设置错误也好，这些都是表面原因。它们被设计出来的目的是防止飞机意外抬头失速。为什么同样是737，之前的几代都没有这个自动抬头的问题，更先进的MAX反而出现严重的失速征候呢？

大多数媒体的解释都是737 MAX的发动机马力更大，安装更靠前，增加推力时有更大的抬头力矩，为了增强飞机俯仰操纵特性，设计了这个MCAS系统。

这其实没有说到点子上，A320neo采用同一系列推力更大的发动机，发动机安装位置相对更加靠前，也没有出现这样的问题。

> A320neo和737 MAX-8的俯视叠加图，蓝色为MAX-8，绿色为A320neo

所以原因还得从MAX自己身上找。正如前两篇所说，737的发展史就是不断地拉长机身，不断地加大发动机直径，起落架长度不能变，就不断地把发动机往前伸，往上抬，直到发动机外罩上沿都超过机翼上表面了。

到了737 MAX，发动机的前移已经达到了极限，甚至在某些特定的条件下超过了一个临界点，令飞机进入“静不稳定”状态。

> 737-800和MAX-8的俯视叠加图，黄色为-800，紫色为MAX-8，竖线为重心所在的俯仰轴

“静不稳定”这个词大家一定非常熟悉。静稳定度就是气动中心（升力作用点）到飞机重心（重力作用点）的距离，表现为飞机依靠自身的气动特性恢复稳定飞行的能力。打个最通俗的比方，静稳定就像是不倒翁，不管你怎么推它，它都能依靠自身的重力恢复竖直状态；静不稳定就像是独轮自行车，不会骑的人一碰就倒，会骑的人得不断调整身体和踏板来保持平衡，一刻都不能松懈。飞机的静稳定度也是一样道理，只不过把方向转成水平。

第三代战斗机从F-16开始，为了提高机动性都要放宽静不稳定度，令气动中心位于重心之前，静稳定度为负，只要施加一点外力就会打破气动平衡，令飞机做出剧烈而迅速的姿态变化。飞机变得如此“不安份”，只能采用电传操纵系统来控制，由飞控电脑在气动平衡发生随机变化的几毫秒内向操纵面发出指令，自主修正。

对民用客机来说，静不稳定则是要极力避免的，气动中心在重心之后，静稳定度为正，这样才能飞得四平八稳，遇到气流不颠簸才是好客机。

737是一架采用传统机械液压操纵的客机，从原型机到NG系列一直遵循静稳定的气动设计，不需要辅助俯仰增稳系统。一旦出现失速征兆，飞机会产生抖杆等多种信号向飞行员告警，帮助改出。当737进入MAX时代，更大的发动机外罩、更靠前的安装位置却改变了这点。

大家可能没注意过，发动机短舱进气口的唇口是呈流线型的，剖面形如机翼，它也能产生升力，只是因为是环形的，方向垂直指向圆心，相互抵消了。

实际上从纯粹的空气动力学角度来看，环形机翼的风阻小、失速特性和高速特性都比传统机翼优秀。纳粹德国、法国斯奈克玛、洛克希德和NASA都曾经深入研究过环形翼，但受制于当时的科技水平，有许多工程上难以克服的困难，所以没有实用化。

发动机进气口前沿也可以看作这么一个环形翼，当然它被特意设计成平飞时不产生升力，以免粗短的发动机短舱产生不必要的阻力。因此当737 MAX以正常迎角（巡航时为3°，转弯时为5°）飞行时，发动机短舱并不会制造任何麻烦。

但当MAX的攻角接近约14°的失速角度时，发动机短舱下缘前伸，气流将主要作用于进气口的下半部分，原本零升力的发动机短舱因而产生上仰力矩。而且随着攻角增加，发动机巨大的吸力加速气流，将使力矩呈非线性迅速增大。这股突然出现且位置靠前的正升力，将导致飞机气动中心正好超过临界点，漂移到重心的前方，从而进入静不稳定状态。

最糟糕的情况是如果飞机正处于高俯仰率的机动中，机体惯性有可能直接将飞机甩入失速攻角范围，造成失速。

> 埃航飞机起飞阶段剧烈的垂直速度变化就是进入静不稳定状态造成的

这确实是一种相当罕见的特殊情况，是很多复杂因素相互交织影响而形成的。气动布局十分接近的737 NG、发动机更大更靠前的A320neo都没有达到这个临界点，也就没有这个失速的隐患。

可以说波音在压榨737性能极限的过程中正好触了霉头走了狗屎运，737 MAX也在这样特殊的条件下变成了一架“静不稳定”的客机中的战斗机，或许还是世界上最大的非电传操纵静不稳定飞机。

> 试飞中近乎垂直爬升的MAX-8

有传言波音在MAX开发的早期并没有注意或者在意这个静不稳定的问题，但到了后期或者试飞过程中他们肯定是知道了，因为采取了补救措施。

最彻底的解决方案就是重新设计机翼或者机体，改变重心和气动中心的相对位置。当然对波音来说这根本不是选项，那等于重新设计一架新飞机，得排到2030年了。次一等的解决办法是改用电传操纵，将整个飞行包线内的操控都交给电脑，即使进入静不稳定状态也能保障安全飞行。但是面对A320neo更早研发更早上市的压力，波音也没有这个时间来更改整个飞控架构。

那么就只剩下最后一个，也是最治标不治本的选项了 – 打补丁，头疼医头、脚疼医脚。大攻角状态可能进入静不稳定区间，就增加一个MCAS自动系统，一有上仰苗头就压机头10秒种，简单粗暴地解决问题。

737 MAX上可能还有其它类似的补丁，但是波音不想宣扬，即使是对飞行员。因为A320neo宣称和过去的机型驾驶习惯保持一致，不需专门的机型转换培训。波音也针锋相对地说737 NG的飞行员只要在iPAD上学习几个小时，看一份10几页的pdf文件就能转飞MAX了。所以这些补丁都很低调，这也是目前航空公司和飞行员非常担心的地方，驾驶737 MAX飞在天上的时候不知道还有多少自己控制不到的功能。

无缘电传操纵

737系列为什么坚持不改电传操纵，是很多航空爱好者非常难以理解的问题。都9012年了，737 MAX的驾驶盘和方向舵踏板与各气动面之间还是通过直径12毫米的钢缆直接连接的，当然有液压助力系统，就像汽车里的液压助力转向功能一样。它的现实意义就是一旦液压失效，飞行员还可以依靠人力操纵。

也不是完全没有电传操纵，波音在MAX上采用了全新的扰流板系统，通过电传操纵技术由电脑自动控制扰流板的偏转幅度，减轻系统重量，增强空气刹车效果。但是，电传操纵只限于扰流板这个孤立的系统。

波音不是没有这个实力，采用电传操纵的777早在1994年就首飞了。737坚决不改，背后的原因不是技术而是利益。

全机主控制系统采用电传操纵，就必须通过非常严格的认证，包括三重冗余、每条通道采用不同设置（以消除共模故障可能性）、持续的交叉检测、发生故障时逐步恢复到简单控制律等，研发、认证、采购、安装都费时费力。在777、787这样的高价值大型客机上采用是天经地义的，可以凸显高科技优势，卖出更高的单价；升级改造737这个老旧的低价跑量机型就有点划不来了。

对波音来说，各种单项的自动化飞行控制子系统，像自动驾驶仪、偏航阻尼器、速度配平系统以及MCAS，只要不统一在一个体系内就被认为只是控制增强组件，在任何可以预见的情况下都不应拥有可能危及飞行稳定性的控制权限，因而也不需要通过更加严格的电传操纵系统认证。

更何况美国联邦航空管理局已经将认证的工作委托给波音代为执行，自己审自己完全就是走过场了。这也是欧洲和中国等航空管理部门感到非常不安的地方，波音很可能在过去的适航证认证中刻意隐瞒了737 MAX具有静不稳定特性的问题，因此要重新展开独立审查。

看到这你肯定觉得有点触目惊心，这还是那个值得尊敬与信赖的波音吗？

积重难返的波音

提起波音，大家马上就会联想到西雅图，自1916年成立以来，波音和这座城市建立起千丝万缕的联系，连NBA球队“超音速”的队名都是来自波音当时正在开发的超音速客机。

但很多人可能到现在都不知道，波音集团总部已于2001年9月从普吉湾畔的西雅图搬到了风之城芝加哥。对外界来说这次搬迁来得相当突然，官方的解释是波音不仅仅是一家民用飞机制造商，更是一家多元化的全球企业，它的总部应该和任何一项具体业务分离开，位于一个中立的位置，更接近遍布全美和全世界的分支机构、用户、供应商、政府监管部门和金融市场。

> 坐落于芝加哥市中心36层高的波音大厦

从波音高层做出搬迁决定到正式搬迁只有不到一年时间，期间选出了三座候选城市：芝加哥、达拉斯和丹佛，7周后芝加哥及所在的伊利诺伊州凭借20年6千万美元的税收优惠政策胜出。对于当时年销售额高达500亿美元的波音来说，这点优惠实在是毛毛雨。但是波音高层决心离开呆了85年之久的西雅图却显得那么的迫不及待。

波音总部的离去曾在西雅图引起普遍的愤怒，认为波音是暗箱操作背叛了西雅图。从一位西雅图居民在Reddit上的留言中或许能看出一些幕后更深层次的东西：

从波音的高管们离开西雅图的那一刻起，他们再也不用倾听工程师邻居们告知他们的决策所产生的负面结果了，再也不用面对强大的员工工会了，再也不用担心每星期同去教堂礼拜的人们因为工作外包而被影响到的生计了。

如今搬去了芝加哥，他们任何外包决定所影响的只是庞大波音商业帝国中的又一个区域，而不是自己的“家”。

波音搬家决定的背后还有来自麦道高管的政治阴谋 – 斯通塞弗是搬家的主要推动者，而康迪特只是顺从的Yes先生。

在麦道被并购后，一直有一种声音说是“麦道买下了波音，而不是反过来”，事实上合并后统治波音的是麦道的政策和政治。波音自成立以来一直都是一家以工程师为主导的公司（就像Google），而随着麦道高管的到来，他们成功地改变了公司文化：从“质量为先”到“保住底线就行”（就像库克时代的苹果），从“专注于工程技术的大家庭”到“高管与工人泾渭分明的等级制度”。波音不再是一家根据最佳技术建议做决定的公司，而更像MBA管理风格的公司，更准确地说杰克·韦尔奇式的公司。

艾伦·穆拉利（波音民机集团CEO）是波音最后一位坚持技术为先的高管 – 但他离开波音加入了福特。他预见到在斯通塞弗和他的麦道同盟的深刻影响下，康迪特对波音管理风格的改变给他留下的发展空间将越来越窄。

看一看波音历任CEO的履历，可见此人所言非虚。在和麦道合并之前，波音的CEO全都是航空专业科班出身，从波音基层工程师做起，逐步升至管理层。

以波音离开西雅图前的最后一任CEO康迪特为例，他是加州大学伯克利分校机械工程专业本科，普林斯顿航空工程硕士，东京科技大学工程学博士（该校获得此学位的第一个西方人）。普林斯顿毕业后即进入波音工作，历任727项目经理、757主任工程师、777项目总经理，1996年成为波音集团CEO，2003年底因空军767加油机采购丑闻被迫辞职。

他的继任者斯通塞弗，田纳西科技大学物理系毕业，先后在通用动力艾利逊发动机分部和通用电气航空发动机分部工作，是航发专家，1994年成为麦道集团CEO。1997年与波音合并后任总裁和COO，2003年康迪特因丑闻辞职后，已退休的斯通塞弗重新出山担任CEO至2005年，这也是麦道帮复辟的最高潮。

之后波音董事会终于找来一个局外人迈克纳尼，哈佛MBA毕业后在宝洁和麦肯锡工作，1982年进入通用电气，先后担任发动机、照明、亚太区、信息服务等部门的总裁，是一位最标准的职业经理人。他曾和Nardelli、伊梅尔特一起竞争杰克·韦尔奇退休后的GE集团CEO职位，在伊梅尔特胜出后两人离开GE（杰克·韦尔奇的安排）。迈克纳尼担任了5年3M公司的CEO，2005出任波音董事长和CEO，掌权长达10年，为波音的管理层带来了浓厚的MBA和GE氛围。

这是一种曾经被奉为现代商业管理圣经的管理方式，绩效高于一切，说到底就是注重短期高回 ，维持股价和资本回 率。而到了今天，杰克·韦尔奇缔造的GE帝国已经跌下了神坛，波音会不会步它的后尘呢？

波音现任CEO是米伦伯格，华盛顿大学航空航天学硕士毕业，一直在波音军机部门工作，曾任波音防务总裁，负责过F-22的分包项目和YAL-1机载激光系统，2015年7月开始担任波音集团CEO。管理层回归技术出身，但公司管理风格已经是大船难掉头了。

百年老店波音拥有航空业最丰富的经验、最优秀的人才和最深厚的资源，也不乏747、777、787这样的杰出产品和成功战略。但是自康迪特上台开始，它就被打上了一个标签：贪婪，更准确的说是两个词：贪婪且傲慢。

昏昏欲睡的管理层即不愿承认空客会带来威胁，也不想大动干戈更新生产线，他们希望摆脱商业航空领域普遍存在的繁荣-萧条周期，更希望跳出必须自筹资金研发新型飞机的模式（747的研发过程差点让波音破产令他们心有余悸），也就是前面一直提到的，想躺着赚钱。

于是波音瞄准了军机领域：利润丰厚的军机研发和生产实际是通过政府由纳税人埋单。1997年，康迪特开始疯狂并购，对象都是著名军事承包商，先是罗克韦尔·柯林斯的航空航天和国防部门，接着就是麦道。波音从麦道身上吸取了不同的企业文化，其中之一就是必须动用所有的杠杆以赢得军事合同，换句话说就是为了年度利润可以不择手段。

于是我们看到波音吃相非常难看地依靠强大的院外游说集团和公关手段，推翻了空军采购空客A330 MRTT加油机的合同，重新拿下KC-46的巨额订单，交付空军时又问题多多，被愤而退货；在F-35大批量服役的今天，国防部将20年后重开生产线的F-15X硬塞给空军。

> 被退货返修的KC-46

最近波音打败洛马赢得的三大军机项目：波音MH-139（就是阿古斯塔AW139换了个马甲）替换UH-1、海军MQ-25无人加油机以及T-X教练机，都是凭借最低的开发成本与最快的交机速度赢得的竞标。

> MQ-25无人加油机

波音的体量已经变得如此庞大，一份飞机订单合同的得失已经可以影响到美国贸易赤字的数字，美国政府从上到下都对它照顾有加，“爱波音就是爱美国”成了一种政治正确。当埃航事故发生后全世界主要国家都下令停飞时，美国运输部长赵小兰还亲自搭乘737 MAX-8从奥斯汀飞回华盛顿以示支持。

连新上任的代理国防部长沙纳汉也是“老波音”，西雅图长大的他在波音任职长达31年，波音是他唯一服务过的公司，历任757项目总经理、民机集团和旋翼机系统分部副总裁、导弹防御系统和787项目总经理、民机集团和供应链高级副总裁，在波音的地位举足轻重。他是麻省理工毕业，拥有双硕士学位，除了机械工程硕士还是斯隆学院的MBA。

> 特朗普和沙纳汉

据说特朗普和波音CEO米伦伯格私交甚笃，二人直接谈妥了新“空军一号”专机的采购合同，特朗普炫耀他的出面为美国纳税人节省了14亿美元。沙纳汉被特朗普看中也是因为他是个“会买的人”，“特没谱”不想看到国防部的预算被随便浪费掉（那他应该选苹果的库克啊）。沙纳汉不负众望，确实很会买，上任后已经为波音带来200亿美元的军事合同。这已经不是朝中有人好办事了，这是赤果果的特洛伊木马。

波音为了短期利益最大化，为了亮眼的财务 表，不断加强国防工业的比重，不断粉饰其老旧的民机产品线，压榨出所有的潜力，却不愿为开发面向未来一二十年的新机型投资。自1982年757首飞以后的37年间，波音只开发了777和787两种全新机型，同期空客开发了A310、A320、A330、A340、A350和A380共6大系列。

737 MAX-8的这两次致命事故，真正为波音敲响了警钟，但愿不是丧钟。

商飞和C919的机遇

不少关心中国航空工业的 友在波音出事后都有点小兴奋，认为这是商飞千载难逢的机遇，甚至觉得737已经就此完蛋了，波音又没有马上拿得出手的后继型号，唯一之计就是和商飞合作，引进C919。这就有点盲目自信了，从政治上和商业上来说波音都不可能走这一步。

C919占有后发优势，技术上确实相当先进，但商飞在生产流程、技术工艺、供应链管理、质量控制、试飞取证、售后服务、市场推广、甚至是危机处理等诸多方面和波音、空客这两个老大哥比还相差得很远很远。人家以同时生产4-5种机型、单一机型月产几十架的速度已经营运了几十年。

> C919正面，起落架足够高，发动机距翼面位置较低

商飞目前投产的只有ARJ21一种机型，2008年底首飞，2015年首架飞机交付成都航空，到现在4年过去了只交付了11架生产型，新生产线投入使用后年产量可望达到30架。C919的初期年产量预计是20架，生产线设计最大年产量50架，还不足737一个月的产量。就是差距，幼儿园尚未毕业和博士生的差距！

> ARJ21生产线

这篇文章并不是要黑波音，波音是一家伟大的公司，即使到现在也是。说实话我并不希望波音就此倒下，这对世界航空市场的发展、对全世界人员物资的流动都会是一个不可估量的损失。如果波音真的退出，商飞在相当长的时间里都完全无法填补这个巨大的空间；空客虽然一家独大，也没有足够的产能，更会对航空技术的发展造成消极影响（没有强大对手的压力了）。

> 737 MAX生产线

打个不太恰当的比喻，现在的波音就犹如赤壁之战后的曹魏，空客就是咄咄逼人的孙吴，商飞倒有点像刚刚起家尚未入蜀的蜀汉。737 MAX的致命隐患固然给尚未取得适航证、运营记录白纸一张的C919提供了一次难得的对比和广告机会，就像赵云和张飞在长坂坡的一战成名。但C919要走的路还很长，首先让自己更完善，加速研发、取证、生产、交付的速度才可能抓住这个机遇。从中国和商飞的角度看，三分天下已经是最好的结果。

737的前世今生（上）

737的前世今生（中）