2024年4月11日发(作者：苹果12pro下架原因)

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C

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737MAX飞机MCAS软件探讨

张鹏 

（东航技术有限公司云南分公司，云南 昆明 650000）

摘要：737MAX飞机半年内两次空难，全球停飞，各方针对事故原因及其事态的后续发展持续关注。狮航空难事件后波

音发布的技术通告指出事故的关键因素是AOA（angle of attack-迎角）数据错误，但是同样的AOA传感器也安装在737NG

系列飞机上，同样的事故却没有发生在这系列飞机上。所以进一步的数据分析都指向Max系列飞机采用的全新技术MCAS

（maneuvering characteristics augmentation system-机动特性增强系统），而波音公司一开始却否认了该技术和事故发

生的直接关系，直到该系列飞机全球停飞后，波音才不得不承认该技术存在缺陷，而且目前所有恢复飞机认证的措施也都

是围绕该技术的软件升级展开的。那么波音为什么在本已经很成功的机型上采用这一全新的技术，而这一技术为何又会导

致事故频发，本文将探讨MCAS的来龙去脉。

关键词：737；发动机； MCAS

中图分类号：V217   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2019）09（上）-0161-02

2018年10月29日，印尼狮航JT610航班起飞不久后

坠毁，189人遇难。2019年3月10日，埃塞俄比亚航空从

亚的斯亚贝巴飞往肯尼亚内罗毕的ET302航班失事，157

人遇难。2019年3月11日中国民航局发文要求停止所有

737MAX飞机的商业运行，随后全球各国相继禁飞737MAX飞

机。截至本文撰写之日该机型仍旧未恢复运行，波音还在升

级调试相关技术软件，还未进入正式的复飞取证流程。半年

内两起严重的空难均为同一款飞机—波音737MAX8。这是一

款波音在2016年首飞，2017年5月正式交付商业运行的飞

机。作为一款“新”飞机，波音在事故后不可避免地要尽快

给出一个令各方满意的答复，以尽快恢复市场的信心。狮航

空难事件后波音发布的技术通告指出事故的关键因素是AOA

数据错误，AOA（angle of attack-迎角）是飞机气动性能

的关键因素，因为民航客机并没有战斗机或者火箭那样直上

电机轴线只需要调整集电环，其余转子、轴等部件由厂内制

造保证联接精度，不需要进行调整。

集电环摆度的标准按国标执行。当摆度超标需要调整时，

最好是根据摆度的实际数值调整集电环整体，而不是单独调

整上环或者下环。如果非要调整单独的一环，根据多个电站

的调整经验，基本上不能够调整到理想的数据，除非是集电

环整体加工。

3.2 立式机组轴线调整

立式机组轴线调整与水轮发电机推力轴承支撑结构及盘

车方式有关，最常见有刚性盘车和弹性盘车。

3.2.1 刚性轴线调整

如果各导轴承的摆度或者最佳中心不符合要求，轴线需

要进行调整。调整的方法有很多，需要根据调整的难度和要

求来进行。常见的方法：（1）推力头和镜板间加垫或者修

刮推力头卡环；（2）推移上端轴。少见的方法：发电机轴

和水轮机轴之间加垫，通常是由于发电机轴和水轮机轴加工

时没有进行联轴找摆造成的。

3.2.2 弹性盘车轴线调整

弹性盘车实际上是通过盘车时的镜板端跳来检查抱紧的

两部导轴承连线与镜板相互之间垂直度的差异。关于将镜板

跳动数据转换成镜板的最大摆动数值及方位的方法，可以根

直下的本事，所以简单来说，迎角过大会导致飞机失速。

但是同样的AOA传感器也安装在737NG系列飞机上，同样

的事故却没有发生在这系列飞机上。所以，进一步的数据分

析都指向Max系列飞机采用的全新技术MCAS（maneuvering

characteristics augmentation system-机动特性增强系

统），而波音公司一开始却否认了该技术和事故发生的直接

关系，直到该系列飞机全球停飞后，波音才不得不承认该技

术存在缺陷，而且目前所有恢复飞机认证的措施也都是围绕

该技术的软件升级展开的。那么，波音为什么在本已经很成

功的机型上采用这一全新的技术，而这一技术为何又会导致

事故频发，本文将探讨MCAS的来龙去脉。

737系列飞机作为波音公司商业上最成功的一款

产品，自1967年第一架737-100飞机交付给汉莎航

空公司以来，在飞机的构型上一共可分成四个时代：

据最佳中心的计算公式进行参考换算。镜板最大摆动数值和

镜板直径的比值等于单个导轴承移动距离与两部导轴承距离

的比值，据此计算得到单个导轴承的移动距离。

通常情况下，移动单个导轴承是通过推移上端轴实现的。

4 结语

影响机组受力和轴线的因素很多，在安装、调整阶段可

能遇到的问题也千变万化，如单部导轴承摆度大而其余各处

摆度正常或有规律、某一测点以下或以上测量数据线性增大

等，要逐一排除各影响因素是一个非常复杂、精细的过程，

需根据实际情况及时分析、排查和处理。本文针对不同结构

水轮发电机组受力和轴线调整实践的分析、探讨和总结，能

够顺利、高效地实现了机组受力和轴线调整。

参考文献：

[1]白延年主编.水轮发电机设计与计算.北京:中国机械工业出版

社，1982：768-778.

[2]陈锡芳主编.水轮发电机电磁设计与计算.北京: 中国水利水电

出版社，2011: 6-9.

[3]于兰阶主编.水轮发电机组的安装与检修.北京:中国水利水电

出版社，1995: 88-125.

[4]GB/T8564.水轮发电机组安装技术规范[S].2003: 28-34.

中国设备工程 2019.09 （上）

161

Research and Exploration

研究与探索·工艺与技术

737OG/737CL/737NG/737MAX。划分这四个时代最重要的区

别就是发动机的变化，从最早普惠JT8D到CFM56-3再到

CFM56-7直到最新的LEAP-1B。最直观的变化就是发动机尺

寸越来越大，尺寸变大提升了发动机经济性的一个重要指标

—涵道比。CFM56-7的涵道比为5.1-5.5，LEAP-1B涵道比为9，

对应的LEAP-1B的风扇直径比CFM56-7的大了约20cm。与此

同时，从737NG到737MAX飞机在机身尺寸上并没有大的改

动，准确地说，是在机身直径上737系列飞机都是3.76m，

只是在长短上有所不同，这么做的原因也很简单，机身长短

的改变只需要在机身上增加或者减少几个隔框，类似盖房子

在结构允许的条件下多盖两层楼或者少盖两层技术上没有太

多难度，而要改变机身直径那就是在改地基了，那基本上就

是推倒重建了。波音公司在737系列飞机带来的50多年的

成功后并没有多大的动力去干这么废力的事情，而这也为后

面737MAX飞机事故埋下了伏笔。因为737系列飞机都是收

放式起落架，而机身直径直接限制了主起落架的尺寸，显然

收上后主起落架的尺寸不能大于机身直径，所以不变的机身

尺寸导致737NG系列飞机和737MAX系列飞机的主起落架尺

寸是一致的。变大的发动机和不变的起落架带来的后果就是

发动机离地间隙变小了，但是，离地间隙变小又会给发动机

运行带来各种风险，比如，吸入外物或者擦地，这显然是波

音不愿看到的。于是，波音将发动机吊架往前延长，让发动

机尽量靠前向上翘起，以提高发动机进气道的离地高度。同

时将前起落架升高8英寸，因为前起落架是沿机身纵向收放

的，所以在机身直径不变的情况下，改变前起落架的尺寸是

可行的。经过这两个大改动，发动机的离地间隙到达0.42

～0.54m，满足了运行条件。但是，发动机前移上翘导致发

动机进气道与机翼前缘的相对位置发生了改变，这势必对飞

机的机翼气动布局造成影响。同时，发动机是一个很重的部

件，两个发动机的前移也会对飞机的重心带来不可避免的影

响。波音的工程师在设计时肯定也考虑到了这些问题，笔者

在与波音工程师交流时，他们也提到737MAX是一款设计比

较仓促的飞机，为了应对空客320NEO甚至C919的竞争硬着

头皮上马的一个项目，这也导致了波音没有足够多的测试来

验证改型带来的问题，在发现问题时没有足够多的时间完善

系统设计。而笔者所在公司运行的737MAX8飞机维护手册里

存在着诸多的笔误，甚至前后矛盾的情况也从侧面反映了这

款飞机设计及投入运行的忙乱。回到前面空难事故，狮航最

后的事故分析指出，飞机自始至终的一侧AOA数据错误，而

后MCAS介入，飞行员在不知情的状况下反复与MCAS抢夺飞

机的操控权，最终因为在干扰下对飞机的真实态势失去判断

导致飞机最终失去控制。

这里先介绍一下MCAS（maneuvering characteristics

augmentation system-机动特性增强系统），波音手册里

对于该系统是这样描述的：

MCAS是速度配平系统的一种功能，另一种是速度配平

（speed trim），MCAS优先级高于速度配平；MCAS是为了

提高飞机在高马赫和大迎角条件下的速度稳定性。

MCAS以高速模式控制安定面，增强飞机俯仰可操控性。

MCAS无须人工启动，当空速及迎角超过特定的门限值时

自动介入。

首先，速度配平系统是在737NG系列飞机就已经有了的

功能，而根据手册描述速度配平功能737NG与737MAX是一

样的，并没有区别。而MCAS是737MAX新增加的一项功能，

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中国设备工程 2019.09 (上)

为何在成熟的737NG系列基础上还要加装这么一个功能，而

且其优先级还要高于原先的速度配平系统？我们分析波音给

出的描述，该功能是提高飞机在高马赫和大迎角情况下的速

度稳定性，速度配平系统的功能是提高飞机低空速大推力的

情况下的速度稳定性，根据空速的变化提供一个反向的抬头

或则低头力矩。飞机在飞行过程中典型的低速大推力情况就

是起飞和降落时，也是最容易发生空难的时候，事实上两次

737MAX的空难也都发生在起飞爬升阶段。那么，起飞阶段

也是大迎角的情况，按照以前的737NG系列飞机，这个阶段

飞机由速度配平功能保障飞机的速度稳定性能，而737MAX

飞机却增加了这么一个看似重复的功能，或许只有一个可

能，就是MAX飞机在发动机和起落架改动过后，飞机对于大

迎角情况下失速的情况更加敏感了，原来的速度配平功能已

经不够可靠了，这一情况在波音的飞机验证过程中肯定被波

音工程师发现了，所以做出了相应的改动。那么，为什么不

可以针对这一气动特性重新编写速度配平功能，而是要重新

设计一套软件来完成这个功能呢，我们再研究波音对于改系

统的描述，针对高马赫和大迎角的速度稳定性提升。这里有

一个关键词——高马赫，飞机在高马赫数情况下会由于空气

激波导致升力中心后移，从而使飞机产生下俯的低头力矩，

737MAX是在超过了0.615马赫的情况下会产生这种低头效

应。737NG和737MAX其实也都有针对这一情况的马赫配平功

能，那么我们可以推测，由于发动机位置的改动，737MAX在

高马赫的情况下对于速度的敏感性也更加极端了，超过了原

来的马赫配平所能调节的情况，我们进一步推测波音干脆就

对这两种情况下的飞机控制专门设计一款软件，以应对这一

以前没有遇到的情况。这样一来，既不对以前成熟的技术做

改动，又给新带来的极端情况打了补丁，以最小的成本对飞

机进行了完善，看似完美的解决方案。但是，对于AOA数据

采样的选择，对于操控的优先级，对于介入的时机，一系列

的错误最终导致了空难的发生，也说明了这一补丁的失败。

残酷事实摆在眼前，其实波音自己对于这一改进也不是

很有信心，因为在发生空难前，全世界大多数航空公司并没

有被波音告知这一改动，甚至在波音的机组操作手册和维护

手册里也没有提及这一改动。对于为何会这样，或许只有波

音自己内部知道。737作为一款行销世界50多年的取得巨大

成功的机型，波音一直在反复挖掘它的潜能，但是其结构上

的局限导致了对于它的挖掘也是有极限的，但是巨大的市场

让波音不敢也不能轻易做出重大调整。目前，波音对于此次

事故的处理方式也重点放在了对于MCAS系统的改进上，将

数据采样进行对比，不再强制操作飞机，只要飞行员介入就

将指挥权交回给飞机员，其实，这一做法也值得商榷，如果

是真的发生了极端的失速情况，波音就将责任全部丢给了飞

行员。而对于导致这些情况的根本原因，飞机本身构型的变

化波音并没有太多办法，有太多的利益相关限制，目前的消

息是737MAX10可能会采用可伸缩的主起落架，这样或许会

将发动机改回以前的位置，但是气动布局会带来什么样的新

变化，现在还未可知。从长远角度看，经济利益和航空安全

之间是互相促进的关系，希望航空业界能在这二者之间找到

令所有人都满意的平衡。

参考文献：

[1]B737-600/700/800/900 AMM 波音公司出版.

[2]B737-7/8/9 Training Manual   波音公司出版.