波音737發(fā)動機進氣道之惑

陳光

波音737MAX與空客A320NEO相比，發(fā)動機短艙外型有別顯區(qū)別。

短短5個月內(nèi)，波音737MAX客機接連發(fā)生兩起惡性事故，合計346人罹難。其原因，有人歸咎于發(fā)動機直徑加大后，引發(fā)了一系列問題，此事放下不談。下面就幾代波音737的進氣道的進口為什么不像其它飛機做成圓的，從波音737的發(fā)展歷程談?wù)勊脑颉?/p>

波音737飛機是美國波音公司生產(chǎn)的一種中短程雙發(fā)噴氣客機。自1967年起，截至2018年12月，波音公司已交付了10444架。到目前為止，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，波音737已發(fā)展了4代。

大雪茄

第一代波音737有兩個型號，即波音737-100與波音737-200。這一代波音737由外形看，最大特點是機翼下面掛著細(xì)而長的像個大雪茄煙似的發(fā)動機。

波音737-100、波音737-200設(shè)計座位分別為124座與94-124座，航程分別為3185千米與4900千米，起飛總重分別為50噸與52噸，所用發(fā)動機為JT8D-15與-17型小涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，其涵道比為1.1，總壓比為17，推力68.9干牛。

波音737-100在半世紀(jì)前的1967年4月9日首飛，由于它的油耗高、噪聲高、維修成本高等缺點，在市場上并不算受歡迎，只生產(chǎn)了30架。波音于1967年推出了波音737-100的機身延長（加長1.8米）型號——波音737-200，在市場上大受歡迎，總產(chǎn)量達(dá)到1114架，直到1988年停產(chǎn)。

接下來，開始扁了

第二代波音737于1981年開始設(shè)計，包括了波音737-300、波音737-400和波音737-500。三型飛機的載客量分別為128-134人、146-159人及104-132人，-300型與400型的航程分別為5463千米與5186千米，起飛總重分別為63噸與68噸。這—代波音737受到用戶的歡迎，共生產(chǎn)了近2000架，目前在有些地區(qū)仍在服役中。

第二代波音737與第一代波音737最大不同之處在于發(fā)動機改用了CFM56-3大涵道比渦扇發(fā)動機，發(fā)動機直徑增加較多，所以第二代波音737從外觀看起來就是發(fā)動機短粗多了。

從波音737-300起，后來發(fā)展的各型發(fā)動機短艙的進口，均做成非圓形的（發(fā)動機的進口仍是圓形的），成為第二代及其后的波音737顯著特點。這是由于從-300型開始，采用了大涵道比渦扇發(fā)動機所帶來的后果。

1968年12月6日，波音公司的第二家大客戶美聯(lián)航接收了波音制造的第100架737飛機， 那是一架737-200。注意，發(fā)動機短艙進口還是圓的。

由于CFM56-3風(fēng)扇直徑為1.52米，比JT8D發(fā)動機風(fēng)扇（1.03米）的大，加上波音公司不愿意將起落架的高度加大（這會對飛機機身有較大的改動），如直接在波音737原來裝JT8D的位置上安裝CFM56-3，會使發(fā)動機短艙進口距地面太近，不符合規(guī)章中要求的發(fā)動機離地凈空高度。為此，將發(fā)動機向機翼前方外伸較多，進口處比JT8D向前延伸了1.93米，這樣，可將發(fā)動機上抬，以使發(fā)動機最低處距地面能保持0.457米的高度（JT8D離地為0.508米）。但短艙進口下唇距地面仍太近，所以將發(fā)動機短艙進口處不做成正圓，而是將下半部做成橢圓形，形成了非圓形的進口，這樣才使進口處下唇與地面保持了0.711米的高度（仍比JT8D的0.762米低）。

從波音737-300飛機開始，發(fā)動機短艙進口處的外形就做成了橢圓狀的扁形。這是各種飛機中少見的一種進口形狀，而且一直沿用至今。

與波音737競爭的A320由于是后設(shè)計的，起落架高度做得較高，使A320的高度（11.76米）比波音737-300（11.07米）高了0.69米，因此它所用的發(fā)動機（CFM56-5）風(fēng)扇直徑（1.73米）雖比波音737-300還大21厘米，但發(fā)動機短艙的進口不僅沒有做成扁的，而且距地面的高度還是明顯高于波音737-300。

波音737 家族第一代737-200采用涵道比較小的JT8D 發(fā)動機（綠色部分），到了波音737-300，換裝了涵道比較大的CFM56-3發(fā)動機（黃色部分），為保證發(fā)動機離地凈空高度，只得將發(fā)動機裝機位置前移。

同理，空中客車后來發(fā)展A320neo時，雖然其所用的LEAP-1A發(fā)動機風(fēng)扇直徑（1.98米）比CFM56-3（1.52米）還多0.46米，但發(fā)動機短艙進口不僅還是圓的，而且距地面的發(fā)動機離地凈空高度仍能滿足設(shè)計規(guī)范的要求。

波音為應(yīng)對空客A320的競爭，在1993年啟動新一代737項目——波音737NG（NG是英文Next Generation的縮寫），并于1998年正式投入航線。第三代波音737包括737-600、737-700、737-800與737-900。其中前三個型號分別取代-500型、-300型、-400型，而-900型是第三代波音737機身最長的型號。這一代的波音737保留了原始波音737飛機的機身直徑，做了機翼改進和機身加長，還裝了機翼尖端的翼梢小翼。

波音737家族飛機自737-200之后，發(fā)動機短艙外形就變成了扁的。圖為波音737-400飛機發(fā)動機短艙外觀。

一扁再扁連鎖反應(yīng)

換裝21世紀(jì)新研發(fā)的低油耗、低排放與低噪聲發(fā)動機的波音737，是波音737家族的第四代，波音公司將其命名為波音737MAX，有4個型號即：MAX7、MAX8、MAX9與MAX10。其座位數(shù)分別是138-153，162-178，178-193及188-204，翼展均為35.9米，而機身長度依次增加，以替代第三代的波音737-700/-800/-900。波音737MAX8在2016年1月29日首飛，MAX9在2017年4月13日首飛。

波音公司啟動737MAX項目是被迫上馬的。2010年12月空中客車公司（簡稱空客）宣布啟動A320更換新發(fā)動的項目，換發(fā)后的飛機命名為A320neo（new enpline option），在隨后的6個月里就接到1000多架訂單。波音看到與之競爭的對手發(fā)展了前景非常好的改型，坐不住了，匆忙地在2011年8月30日宣布推出波音737飛機換裝新發(fā)動機的項目，以爭取在單通道客機市場中擁有足夠的地位。改型的客機命名當(dāng)然不能用空客的“neo”，波音稱它為MAX，這就是波音737MAX系列的由來。

波音737MAX系列飛機推出后，其發(fā)動機凈空高度（藍(lán)線所示）較之以前的波音737-9（黑線所示）更低，一定程度上惡化了全機的飛行品質(zhì)。

波音737在改型成波音737MAX時，除了換裝涵道比更大的發(fā)動機外，機艙布局還采用了波音787的設(shè)計，機翼采用了少見的開叉式翼尖等，因此從外形看，它有明顯的特征：非圓形的發(fā)動機進口，鋸齒形的發(fā)動機短艙出口以及開叉式的機翼翼尖。

波音737MAX采用了LEAP-1B發(fā)動機，與空客A320neo的LEAP-1A、中國商飛C919的LEAP-1C，同屬于CFM公司CFM56-7B的后繼型LEAP系列。三型發(fā)動機中，-1B的風(fēng)扇直徑最小，為1.76米;涵道比也最小，為9。其它兩型中，對應(yīng)數(shù)字則分別為1.98米與11.1。

發(fā)動機短艙比較圖。左：空客A320飛機。右：波音737-500系列飛機。

為什么波音737 MAX采用涵道比與風(fēng)扇直徑最小的LEAP-1B發(fā)動機？這是因為波音737的基本型即-100與-200型是在50多年前發(fā)展的，當(dāng)時只有小涵道比渦扇發(fā)動機可供它選用，所以起落架的高度設(shè)計得較短。在后來的三代改型中，波音公司又不愿大動干戈加高起落架，以避免對機體做過大的改動，才帶來這樣的后果。

與波音737競爭的A320是在30多年前發(fā)展的，它選用的CFM56-5發(fā)動機風(fēng)扇尺寸比CFM56-3及-7B的要大，因此起落架設(shè)計得比較高，在A320neo中不僅可用LEAP-1A，而且還可采用尺寸更大的PW1100G（風(fēng)扇直徑為2.06米），也能保證有足夠的發(fā)動機離地凈空高度。

波音737在改型為波音737 MAX時，不僅發(fā)動機短艙進口做成非圓的，而且將發(fā)動機短艙明顯向前伸，造成發(fā)動機吊架上端高出機翼前緣，而在A320neo中，發(fā)動機短艙上端處于機翼下方。

發(fā)動機吊架高于機翼前緣后，相當(dāng)于在機翼前端增加了一個突出物，在某些情況下，會使其后端的氣流擾亂機翼上表面氣流，使得機翼上端的正常流動情況被破壞，飛機容易在大攻角飛行時失速。而飛機一旦處于失速狀態(tài)，如處置不當(dāng)，會造成機毀人亡的重大事故，為此波音公司在波音737 MAX中設(shè)置了一套“機動特性增強系統(tǒng)（MCAS）”，此系統(tǒng)是想讓飛機在大攻角進入失速的時候立即自動壓低機頭，不經(jīng)過飛行員同意就自己快速動作，改出失速狀態(tài)，從而拯救飛機。但是現(xiàn)在看來，此系統(tǒng)存在嚴(yán)重的設(shè)計缺陷，可靠性太差。

考慮到波音737MAX存在著嚴(yán)重影響飛行安全的設(shè)計缺陷，為保證旅客的生命安全，我國民航局發(fā)布了國內(nèi)暫停全部波音737MAX的商業(yè)運行的通知，隨后其它國家與地區(qū)也停飛了波音737MAX，美國最后也停飛了該機。

責(zé)任編輯：吳佩新

波音737 MAX“機動特性增強系統(tǒng)”（MCAS）如何工作