737 MAX 連續失事停飛,競爭壓力下誕生的老機新款話說從頭

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 15 日 16:30 | 分類 航太科技 follow us in feedly

2018 年 10 月印尼獅航波音 737 MAX 8 墜機 189 人喪生,2019 年 2 月衣索比亞航空又一架波音 737 MAX 8 墜機 157 人罹難。半年內發生兩起墜機,使這款 2017 年首航的 737 新改款機種受到嚴格檢視,衣索比亞、中國、印尼、馬來西亞、香港、新加坡、澳洲、阿曼、歐盟各國、阿拉伯聯合大公國、科威特、紐西蘭、印度、加拿大、日本,以及原本力挺波音的美國政府,也終於宣布停飛波音 737 MAX 8、MAX 9 客機。



由於失事的衣索比亞航空班機的航跡與去年失事的印尼獅航班機十分接近,印尼獅航墜機前,機師試圖拉高飛機,自動駕駛一直壓低機首;先前也有多起機師申訴,表示自動駕駛系統會不恰當的壓低機首,自動駕駛到底為何會不當壓低機首成為許多懷疑的中心。波音並未第一時間宣布 737 MAX 停飛,引起諸多批評。

▲ 印尼獅航失事 737 MAX 檔案照。(Source:PK-REN from Jakarta, Indonesia [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

2013 年波音 787 夢幻客機發生鋰電池起火事件後,波音當時立即宣布 787 全面暫時停飛,與這次 737 MAX 的處理截然相反,這可能與出貨規模有關。787 當時僅出貨 50 架,全面停飛造成的損失有限,然而 737 MAX 推出後相當受歡迎,已完工 376 架,出貨啟航 371 架,若是全面停飛,波音要承受的損失約在 10 億至 50 億美元。其實波音也不是承受不起,因為波音才剛交出年營收 1,010 億美元、獲利 106 億美元的佳績,但 737 MAX 是目前主力銷售機種之一,波音一個遲疑,卻對商譽造成相當大的影響,股價也應聲下跌。

737 MAX 的誕生,可說來自空中巴士的競爭壓力。波音 737 原本就是波音最成功的客機之一,銷售超過萬架,737 大小適中,可填充許多短程及非熱門地點航班,目前航空業發展潮流傾向直飛不轉機,讓 737 的需求歷久不衰;原本 2006 年波音就想打造 737 後繼機種,不過新機計畫到 2011 年停擺。

▲ 衣索比亞航空失事 737 MAX 檔案照。(Source:LLBG Spotter [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

改版比重新打造划算,但⋯⋯

就在波音怠惰時,空中巴士在 2010 年底發表 A320neo,採用 CFM 國際 LEAP (CFM International LEAP)及普惠 PW1000G 發動機,兩款新引擎使燃料效率提升 15%,營運成本下降 8%,深受航空公司歡迎。波音感到強大的競爭壓力,決定要打造對應的競爭機種。2011 年 3 月,波音決定改造 737,更換 737 的引擎達成這個任務,因為估算起來,改款 737 所需成本,大約只要設計全新飛機的預算 100 億至 120 億美元的 10%~15%。於是有了 737 MAX 計畫,透過換上全新引擎提升燃料效率,希望能追上 A320neo 燃料效率 15% 的領先幅度。

波音為 737 MAX 一樣裝上 CFM 國際 LEAP 發動機,Leap-1B 發動機旁通比達 9:1,相較之下,先前 737NG 採用的 CFM 國際 CFM56-7B 發動機旁通比僅 5.1:1,Leap-1B 發動機噪音減少 40%,燃料效率提升了 10%~12%,但是這還無法趕上 A320neo 的燃料效率,於是波音決定增加引擎尺寸,扇葉從 61 吋擴大到 69.4 吋。

▲ 737 MAX 的鋸齒狀引擎。(Source:File:N7379E – Boeing 737 MAX 9.jpg: Clemens Vastersderivative work: Altair78 [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons

引擎變大造成一些設計困擾,飛機機翼下掛了更大引擎,引擎底部就離地面越近,但引擎若離地面太近,會吸入地面雜物造成引擎受損危險,於是波音只好將飛機抬高,拉長起落架鼻輪 20 公分,但這還不夠,因此又把引擎的位置往前挪並提高,這樣才讓引擎達到安全的離地 43 公分高度。

透過硬塞進更大的引擎,終於將燃料效率提升量增加到 14.5%;波音再加上 737 MAX 的最大特徵之一:分岔機翼,透過分岔機翼設計,讓通過機翼的氣流維持層流,能提升升力,藉此再增加 1%~1.5% 燃料效率;又延長機尾錐,改善空氣動力,提升 1%;並透過電控引擎壓縮空氣系統來提升燃料效率。這樣到處榨出燃料效率,總算勉強追過 A320neo。

▲ 737 MAX 的分岔機翼設計。(Source:Bin im Garten [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

因此,737 MAX 的辨認特徵就是,LEAP 引擎後方有漂亮的鋸齒狀,用來改善氣流並減少噪音,其次是機翼尾端分岔,比較不明顯的則是引擎位置偏前偏高,以及鼻輪較高。

但是這樣的挪動引擎位置帶來新的麻煩:引擎往前往上挪,結果是若飛機仰角較大時,例如以大角度起飛,引擎尾氣會容易吹到主機翼,造成機翼上的升力空氣層過早分離,產生進一步機頭上揚的危險狀況。那該怎麼辦?

產業界懷疑:波音的解決方案,可能是在自動駕駛程式中加入避免仰角過大的設定,角度過大就會自動壓低機頭,而由於其他機型都不需要這樣的設定,新設定沒有調校完整,在特殊狀況下會不合理的壓低機頭,矯枉過正,結果反而成為事故原因。

另外,也有人懷疑,第三世界國家機師的素質較不齊,如過去祕魯國家航空公司因機師大多由空軍飛行員轉任,對航空安全規範的遵守度較低,導致連續空難而遭祕魯政府主動關閉。第三世界國家航空公司對新機突然發生意外反應的相關訓練,也可能較不如先進國家主流航空公司,影響機師應變能力,因而造成印尼、衣索比亞兩起悲劇。

737 MAX 推出後的確大受歡迎,已接到超過 5,000 架訂單,也給空中巴士 A320neo 帶來相當大的競爭壓力。A320neo 系列機種至 2019 年 2 月底總訂單數 6,501 架,已出貨 687 架,雖然還領先 737 MAX,但考量 A320neo 從 2010 年底推出,2014 年首航,起步比 737 MAX 早了許多年,這成績可說是受到 737 MAX 相當大的打壓。

▲ 空巴 A320neo。(Source:BriYYZ from Toronto, Canada [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

不過,波音急於要壓制 A320neo,祭出改款 737,雖然更省且能更快投入市場,以市場反應來說是成功的商業決定,但硬塞大引擎到 737 機上,被迫要拉高機鼻,推前與抬升引擎位置,造成空氣動力學問題,只好限制不要大角度起飛來避免問題,種種妥協措施,有可能是造成空難的原因。如今兩起空難真正原因尚待調查,但波音的商譽及財務無可避免受到相當大損失。若當初波音徹底重頭打造新飛機,是不是就不會發生這問題?歷史沒有如果,真相也只能靜待調查結果出爐了。

(首圖來源:波音

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