波音737发动机进气道之惑

陈光

波音737MAX与空客A320NEO相比，发动机短舱外型有别显区别。

短短5个月内，波音737MAX客机接连发生两起恶性事故，合计346人罹难。其原因，有人归咎于发动机直径加大后，引发了一系列问题，此事放下不谈。下面就几代波音737的进气道的进口为什么不像其它飞机做成圆的，从波音737的发展历程谈谈它的原因。

波音737飞机是美国波音公司生产的一种中短程双发喷气客机。自1967年起，截至2018年12月，波音公司已交付了10444架。到目前为止，随着航空技术的发展，波音737已发展了4代。

大雪茄

第一代波音737有两个型号，即波音737-100与波音737-200。这一代波音737由外形看，最大特点是机翼下面挂着细而长的像个大雪茄烟似的发动机。

波音737-100、波音737-200设计座位分别为124座与94-124座，航程分别为3185千米与4900千米，起飞总重分别为50吨与52吨，所用发动机为JT8D-15与-17型小涵道比涡轮风扇发动机，其涵道比为1.1，总压比为17，推力68.9干牛。

波音737-100在半世纪前的1967年4月9日首飞，由于它的油耗高、噪声高、维修成本高等缺点，在市场上并不算受欢迎，只生产了30架。波音于1967年推出了波音737-100的机身延长（加长1.8米）型号——波音737-200，在市场上大受欢迎，总产量达到1114架，直到1988年停产。

接下来，开始扁了

第二代波音737于1981年开始设计，包括了波音737-300、波音737-400和波音737-500。三型飞机的载客量分别为128-134人、146-159人及104-132人，-300型与400型的航程分别为5463千米与5186千米，起飞总重分别为63吨与68吨。这—代波音737受到用户的欢迎，共生产了近2000架，目前在有些地区仍在服役中。

第二代波音737与第一代波音737最大不同之处在于发动机改用了CFM56-3大涵道比涡扇发动机，发动机直径增加较多，所以第二代波音737从外观看起来就是发动机短粗多了。

从波音737-300起，后来发展的各型发动机短舱的进口，均做成非圆形的（发动机的进口仍是圆形的），成为第二代及其后的波音737显著特点。这是由于从-300型开始，采用了大涵道比涡扇发动机所带来的后果。

1968年12月6日，波音公司的第二家大客户美联航接收了波音制造的第100架737飞机， 那是一架737-200。注意，发动机短舱进口还是圆的。

由于CFM56-3风扇直径为1.52米，比JT8D发动机风扇（1.03米）的大，加上波音公司不愿意将起落架的高度加大（这会对飞机机身有较大的改动），如直接在波音737原来装JT8D的位置上安装CFM56-3，会使发动机短舱进口距地面太近，不符合规章中要求的发动机离地净空高度。为此，将发动机向机翼前方外伸较多，进口处比JT8D向前延伸了1.93米，这样，可将发动机上抬，以使发动机最低处距地面能保持0.457米的高度（JT8D离地为0.508米）。但短舱进口下唇距地面仍太近，所以将发动机短舱进口处不做成正圆，而是将下半部做成椭圆形，形成了非圆形的进口，这样才使进口处下唇与地面保持了0.711米的高度（仍比JT8D的0.762米低）。

从波音737-300飞机开始，发动机短舱进口处的外形就做成了椭圆状的扁形。这是各种飞机中少见的一种进口形状，而且一直沿用至今。

与波音737竞争的A320由于是后设计的，起落架高度做得较高，使A320的高度（11.76米）比波音737-300（11.07米）高了0.69米，因此它所用的发动机（CFM56-5）风扇直径（1.73米）虽比波音737-300还大21厘米，但发动机短舱的进口不仅没有做成扁的，而且距地面的高度还是明显高于波音737-300。

波音737 家族第一代737-200采用涵道比较小的JT8D 发动机（绿色部分），到了波音737-300，换装了涵道比较大的CFM56-3发动机（黄色部分），为保证发动机离地净空高度，只得将发动机装机位置前移。

同理，空中客车后来发展A320neo时，虽然其所用的LEAP-1A發动机风扇直径（1.98米）比CFM56-3（1.52米）还多0.46米，但发动机短舱进口不仅还是圆的，而且距地面的发动机离地净空高度仍能满足设计规范的要求。

波音为应对空客A320的竞争，在1993年启动新一代737项目——波音737NG（NG是英文Next Generation的缩写），并于1998年正式投入航线。第三代波音737包括737-600、737-700、737-800与737-900。其中前三个型号分别取代-500型、-300型、-400型，而-900型是第三代波音737机身最长的型号。这一代的波音737保留了原始波音737飞机的机身直径，做了机翼改进和机身加长，还装了机翼尖端的翼梢小翼。

波音737家族飞机自737-200之后，发动机短舱外形就变成了扁的。图为波音737-400飞机发动机短舱外观。

一扁再扁连锁反应

换装21世纪新研发的低油耗、低排放与低噪声发动机的波音737，是波音737家族的第四代，波音公司将其命名为波音737MAX，有4个型号即：MAX7、MAX8、MAX9与MAX10。其座位数分别是138-153，162-178，178-193及188-204，翼展均为35.9米，而机身长度依次增加，以替代第三代的波音737-700/-800/-900。波音737MAX8在2016年1月29日首飞，MAX9在2017年4月13日首飞。

波音公司启动737MAX项目是被迫上马的。2010年12月空中客车公司（简称空客）宣布启动A320更换新发动的项目，换发后的飞机命名为A320neo（new enpline option），在随后的6个月里就接到1000多架订单。波音看到与之竞争的对手发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飞机换装新发动机的项目，以争取在单通道客机市场中拥有足够的地位。改型的客机命名当然不能用空客的“neo”，波音称它为MAX，这就是波音737MAX系列的由来。

波音737MAX系列飞机推出后，其发动机净空高度（蓝线所示）较之以前的波音737-9（黑线所示）更低，一定程度上恶化了全机的飞行品质。

波音737在改型成波音737MAX时，除了换装涵道比更大的发动机外，机舱布局还采用了波音787的设计，机翼采用了少见的开叉式翼尖等，因此从外形看，它有明显的特征：非圆形的发动机进口，锯齿形的发动机短舱出口以及开叉式的机翼翼尖。

波音737MAX采用了LEAP-1B发动机，与空客A320neo的LEAP-1A、中国商飞C919的LEAP-1C，同属于CFM公司CFM56-7B的后继型LEAP系列。三型发动机中，-1B的风扇直径最小，为1.76米;涵道比也最小，为9。其它两型中，对应数字则分别为1.98米与11.1。

发动机短舱比较图。左：空客A320飞机。右：波音737-500系列飞机。

为什么波音737 MAX采用涵道比与风扇直径最小的LEAP-1B发动机？这是因为波音737的基本型即-100与-200型是在50多年前发展的，当时只有小涵道比涡扇发动机可供它选用，所以起落架的高度设计得较短。在后来的三代改型中，波音公司又不愿大动干戈加高起落架，以避免对机体做过大的改动，才带来这样的后果。

与波音737竞争的A320是在30多年前发展的，它选用的CFM56-5发动机风扇尺寸比CFM56-3及-7B的要大，因此起落架设计得比较高，在A320neo中不仅可用LEAP-1A，而且还可采用尺寸更大的PW1100G（风扇直径为2.06米），也能保证有足够的发动机离地净空高度。

波音737在改型为波音737 MAX时，不仅发动机短舱进口做成非圆的，而且将发动机短舱明显向前伸，造成发动机吊架上端高出机翼前缘，而在A320neo中，发动机短舱上端处于机翼下方。

发动机吊架高于机翼前缘后，相当于在机翼前端增加了一个突出物，在某些情况下，会使其后端的气流扰乱机翼上表面气流，使得机翼上端的正常流动情况被破坏，飞机容易在大攻角飞行时失速。而飞机一旦处于失速状态，如处置不当，会造成机毁人亡的重大事故，为此波音公司在波音737 MAX中设置了一套“机动特性增强系统（MCAS）”，此系统是想让飞机在大攻角进入失速的时候立即自动压低机头，不经过飞行员同意就自己快速动作，改出失速状态，从而拯救飞机。但是现在看来，此系统存在嚴重的设计缺陷，可靠性太差。

考虑到波音737MAX存在着严重影响飞行安全的设计缺陷，为保证旅客的生命安全，我国民航局发布了国内暂停全部波音737MAX的商业运行的通知，随后其它国家与地区也停飞了波音737MAX，美国最后也停飞了该机。

责任编辑：吴佩新

波音737 MAX“机动特性增强系统”（MCAS）如何工作