从一个技术细节看波音737与空客320的差异

FAAC

编者按：

自从波音737MAX飞机被停飞后，业内开始重新审视MAX机型的操纵系统。前几天在微信群中有网友提到了一个称作LAM（着陆姿态调节器landing attitude modifier）的系统。笔者突发奇想，如果将不同机型置于同一个飞行条件下进行横向对比，或许会有非常有趣的结果。

笔者没有飞过A320和B737MAX机型。文中涉及到两种机型的功能均源自机型手册。如果有错误还望各位不吝赐教。

（一）着陆顶风切变的影响

对于着陆过程中的顶顺风切变问题，笔者已经在《着陆“隐形杀手”——五边顶顺风切变》一文中做过详细的介绍，此处不再累述。

本文假设B737NG、B737MAX和A320飞机在五边进入相同的顶风切变，借此比较三种机型的技术特点。

（1）飞机进近速度140节。

（2）空中2000ft顶风分量10kt。

（3）空中1000ft顶风分量30kt。

（4）500ft至地面顶风分量10kt。

（二）着陆顶风修正原则

（1）波音737NG

使用自动油门时，将指令速度调到VREF+5 节。自动油门接通时，有足够的风和阵风保护，因为自动油门的设计是在空速掉到指令速度以下时会快速调整推力，当空速超过指令速度时，会缓慢减小推力。在颠簸天气，平均推力将比需要的推力大以保持指令速度。结果是平均速度超过指令速度。

如果自动油门断开，或者计划在着陆前断开，进近速度修正的推荐方法是：在基准速度上，加上1/2 报告的稳定的顶风分量，再加上高于稳定风的全阵风增量。最小指令速度设置为VREF+5 节。1/2 的报告稳定顶风分量估算方法为：正顶风为50%，45 度侧风为 35%，正侧风为零，它们之间的风可用插入法来计算。

风修正时，最大进近速度不超过VREF+20 节，或着陆襟翼标牌速度减5节，以较低的为准。该技巧提供足够的低速机动能力，并减小襟翼卸载的可能性。

——《737 NG机组训练手册》

B737NG机型的风修正规则有两个特点：

第一，仅适用于人工着陆。

第二，基于塔台报告的地面风计算，对于空中的阵风变化并无修正。

也就是说，如果遇到五边顶顺风切变现象，B737NG飞机要求机组或A/P“死追”目标空速。

（2）波音737MAX

做风修正时，最大进近速度不超过VREF+15 节，或着陆襟翼标牌速度减5 节，以较低的为准。该技巧提供足够的低速机动能力，并减小襟翼卸载的可能性。

——《737 NG/MAX机组训练手册本》

在着陆风修正规则上，B737MAX机型将修正上限减小了5节，其他则与B737NG全无二致。

这里我们需要着重介绍的是B737MAX机型新增加的着陆姿态调节器（landing attitude modifier 简称LAM）。

The landing attitude modifier (LAM) system performs two functions.

The first LAM function applies when the flaps are in the 30 or 40 unit position. The LAM system use the flight spoilers to keep the nose landing gear contact. The LAM system equally deploys flight spoilers on approach.

This will decrease lift and make the airplane use a higher angle of attack.The spoiler position depends on the approach speed. Movement starts at approximately 10 knots above VREF.

The second LAM function applies when flaps are positions 15 through 30units and the throttles are near the idle position. This function also equally deploys flight spoilers, to give more drag to keep glide slope capture capacity.

——《B737MAX系统描述》（SDS）

LAM有两项功能，这里我们着重介绍第一项功能。

当襟翼在30或40位置时，如果空速超过“VREF+10kt”，LAM会自动升起飞行扰流板。空速偏离越大，扰流板升起的角度也越大。

该功能可以破话机翼升力，意在促使机组以更大的姿态维持下滑线。当高度低于100ft或空速小于60kt时，LAM功能被抑制。

（3）空客320

A320飞机具备“最小地速保护”功能。这一功能通过进近过程中实时的表速调整实现。

塔台向A320机组通报地面风向/风速。机组将数据输入MCDU中。系统遵循“VAPP = VLS+5+塔台顶风分量的1/3”的规则计算进近速度。

    在五边进近过程中，如果顶风分量超过MCDU输入的数值，则FMGS自动上调目标空速。

（四）五边顶风切变

（1）B737NG飞机

B737NG飞机基本上沿袭了传统飞机的特性，操作复杂但“以人为尊”，可控性强。



自动油门接通状态下，A/T会收油门“死追”140kt目标空速。如果空速增幅较大，A/T会快速收油门至慢车。

但与飞行员主动加油门增速不同，顶风激增导致的表速上涨，只是“一过性”的假象。

飞机并没有因此“飞”地更快。恰恰相反，地速持续减小，预示着动能快速损失。

待飞机进入稳定的顶风气团后，“小地速+小基准下降率+小油门”会导致空速快速减小，进而刺激A/T大幅度增加推力。

这种油门大幅度、快速收加的现象俗称“拉风箱”。除了空速波动外，受发动机翼下吊挂布局的影响，它还会造成俯仰姿态的起伏变化。

所以，通常此时B737NG飞行员会断开A/P和A/T，改用人工操纵。

在顶风激增阶段，将推力减小至45-50%N1左右（推力过小会导致发动机加速性迟缓），容忍空速适度上涨。

待顶风稳定后，之前上涨的空速会抵消一部分减速趋势，然后机组按需增加推力。



在下一阶段的顶风消失过程中，机组也可以人工操纵油门预见性的增加推力，减小空速下降的幅度和速率。

总的来讲，B737NG就像是单反相机，对初学者非常不友好，但让老鸟们爱不释手。

每逢春秋两季大风沙尘来临，在跑道头看着737一架接着一架落地，320一架跟着一架复飞，“健身房”家的飞行员都会面露蒙娜丽莎式的微笑，然后风轻云淡的念叨一句：“吃饭有桌子了不起啊？”

（2）A320飞机

    A320飞机FMGS按照机组输入的地面风计算进近速度（此处假定地面顶风10节VAPP为140kt）。



当五边遭遇30kt顶风时，A320的FMGS会自动上调目标速度至140kt（VAPP+顶风增量）。

除了顶风激增带来一定程度空速上涨，自动油门还会增加推力，以保持稳定的160kt空速。

该设计意在保持较为稳定的地速，减小飞机动能损失。飞机保持“大表速+大推力+高动能（地速）”的状态进入强顶风稳定阶段，无疑会更为主动。



有之前的160kt表速兜底，强顶风消失阶段的表速下降趋势，不会对飞机的机动余度造成损害。待顶风重新稳定在10kt时，FMGS会重新将目标速度调回140kt。

如果说B737NG是单反的话，那A320就是傻瓜相机。但航班实践证明，当面对某些极限气象条件时，“傻瓜相机”并不比“单反相机”更好用。

（3）B737MAX飞机



与B737NG相同，B737MAX遭遇强顶风时A/T也会收油门减速。如果表速超过VREF+10kt的话，LAM还会将飞行扰流板升起一定角度。

如果机组采取在B737NG机型惯用的策略，断开A/T，保持高于慢车的较小推力，容许表速适当上涨，反而可能弄巧成拙。

因为表速超过“VREF+10kt”越多，LAM升起飞行扰流板的角度就越大。按照波音的设计，LAM对升力的破坏强于表速增加对升力的贡献，机组必须同步增加姿态方可平衡二者间的“此消彼长”。

如果机组仍然遵循B737NG的飞行习惯，可能会带着“表速略大+大迎角+小地速+小基准下降率+小油门+飞行扰流板升起”的复杂状态，去面对强顶风稳定后的减速趋势，甚至于再下一个阶段顶风消失时减速趋势。

与其如此，还不如模仿自动油门的“拉风箱”飞法，快速且大幅度的改变推力，死追140kt目标空速，确保其不超过VREF+10kt，以避免LAM介入其中。

好了，我们最后来归纳一下，当飞机在五边遭遇强顶风时：

（1）B737NG飞机会收油门保持140kt目标空速。机组可以人工干预收油门的幅度，以减小后续飞行参数波动。

（2）A320飞机会加油门保持160kt的新目标速度，机组无法干预这一过程。

（3）B737MAX飞机会收油门，并可能升起一定角度的飞行扰流板。机组如果人工干预收油门幅度，则LAM会放出更大角度的飞行扰流板。

完全相同的气象条件，完全相同的飞行参数，完全相反处置方法，多么有趣的机型对比。

细心的读者可能已经看出来了。

B737NG的人工修正技巧，与A320的自动修正功能有着异曲同工之妙。二者都在利用表速作为“能量海绵”，平衡顶风切变前后的状态变化。

而在B737MAX机型上，由于LAM功能的介入，这种飞行方法基本不具备可操作性了。

如此重要的一种抗阵风能力被B737MAX“阉割”掉，究竟是出于何种考虑？笔者会在番外篇中介绍,说来也真是让人哭笑不得了。

番外篇  蒸汽朋克的“破壁人”

作为一个科幻电影迷，“蒸汽朋克”题材是笔者的最爱。

所谓“蒸汽朋克”(Steampunk)，通常是以19世纪工业革命时期为背景，将蒸汽机时代的机械技术扩展到极致。用活塞、曲轴、凸轮、齿轮、钢索摇臂等等构建出一个不亚于数字科技的文明社会。动画巨著《天空之城》、肖恩康纳利主演的电影《非凡绅士联盟》都是这一题材的翘楚。

“蒸汽朋克”的魅力在于，带给人无限的遐想和迷思——电子化、数字化是否是人类发展的必然选择？人类是否可以通过机械结构无限繁复的叠加，构建一个不亚于现在的高级文明？

在B737MAX飞机MCAS系统为千夫所指的同一时间。同样使用CFM LEAP发动机，而且风扇尺寸更大的A320neo却斩获了史上最大订单。

这让很多人想当然的认为，B737MAX的空气动力性能逊于A320neo。

这是不对的。

如果把B737飞机的“钢索+液压助力”操纵机构安装在A320neo上面，后者恐怕连正常起飞都很难做到。

因为A320是“放宽的静稳定性气动布局”飞机，而B737是“静稳定气动布局”飞机。

举个不恰当的例子，把大猩猩的小脑移植给人。人一定没有大猩猩跑的欢实。

但是，人就是人。

人可以上天、入地、下海、翻跟头、跨栏、耍杂技......

而大猩猩只能在树杈上吃香蕉。

进化的路，都是自己选的。

作为B737MAX的主要卖点，CFM LEAP发动机的风扇尺寸较上一代CFM56发动机更大。B737MAX的主起落架高度过低，无法容纳这个大尺寸的发动机。

最简单的解决方案，是增加主起落架高度，以确保足够的发动机离地间隙。

然而这意味着波音必须重新设计主起落架，增大主轮间距，重新设计设计轮舱，重新设计翼根结构，重新设计大翼油箱等等......

这不是波音希望看到的账单。

波音决定双管齐下，一方面将发动机前移，进气道入口上仰；另一方面增加前起落架高度，让飞机在地面保持一定角度上仰角。

第一项修改导致B737MAX在高迎角状态下操纵品质恶化。于是波音设计了“臭名昭著”的MCAS系统。再后面的事情，地球人都知道了。

第二项修改同样存在后遗症。前起落架增高，导致B737MAX在地面始终处于一个“昂首”的姿态。（B737MAX服役之初，机务圈内哀鸿一片。据说身高低于1米80的机务，给B737MAX插耳机都需要踩个板凳。）

更危险的是，如果飞机着陆的姿态过小，则存在“三点接地”甚至于“前轮先接地”的风险。

于是波音针对该问题设计了LAM系统。

按照波音的设想：进近空速偏大，就意味着进近姿态偏小。

当LAM探测到空速超过VREF+10节后，会自动升起一定角度的飞行扰流板。升力被破坏后，机组就会被迫增加姿态。

这样前轮的接地间隙不就有保障了么？



但这又随之产生了第三个问题——在B737CL和B737NG机型上，扰流板系统是由机械结构控制的，无法随着空速变化自动调节角度。

于是沿用了50多年的钢索、滑轮、扇形盘、扰流板混合器被波音“挥泪”拆除。B737飞机演化史上第一个“电传操纵系统”就这样buling buling地诞生了——电传扰流板。

值得关注的是，LAM和MCAS是波音针对同一个问题，在同一时间段设计，遵循同一审查流程增设的“外挂”。

LAM对抖杆余度影响几何？

LAM动作后“最小机动速度”指示能否相应调整？

    LAM升起飞行扰流板的角度是否设有上限？

LAM基于哪一侧的空速数据动作？

如果发生空速不可靠/不一致故障，LAM会否出现误动作？

MCAS误动作尚且可以通过“安定面配平切断电门”制止。而LAM功能不会触发减速板手柄升起。

一旦LAM误动作，机组何以阻断？

    波音对这些问题都语焉不详，或者说讳莫如深。

回到“蒸汽朋克”的话题上，“机械钢索+液压助力”的操纵系统能否通过繁复叠加的“外挂”系统，实现足以媲美“多冗余度三轴电传”操纵系统的性能呢？

让我们拭目以待吧。

“弱小和无知都不是生存的障碍，傲慢才是。”

——《三体》刘慈欣

来自：艺不压身