专栏名称: 郑武看交运
国泰君安交运研究团队(郑武、岳鑫、皇甫晓晗、陈金海),坚持做最好的基本面研究团队,坚持重视风险的卖方研究。连续十年获评新财富最佳分析师,八次获得新财富第二名。曾获金牛奖第一名,第一财经最佳分析师第一名,水晶球第一名。
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航空专题 | 737MAX事故将持续影响飞机供给

郑武看交运  · 公众号  ·  · 2019-05-17 17:00

正文

报告导读

我们对737MAX影响供给的持续时间预期,从3-6个月调整为9-12个月。预计各国监管当局将采用更完备的审核程序,而飞机生产周期和审核的交错,将持续影响供给。

核心观点

01

预计修复方案最快三季度获得美国认证。 任何一起空难,都是一系列,而非单一因素的结果。根据初步调查报告,两起空难起码涉及三个环节,“迎角信号故障 +MCAS飞行控制逻辑 + 机组应对”。预计通过“飞控软件升级+培训”修复,4月初波音宣布软件更新。4月末拥有美国最大MAX机队的西南航空宣布MAX航班排班推迟到8月。如果各国专家没有发现新的疑问,预期美国监管当局7月完成认证。

02

中国等国家的复飞时间料将不一。 预计认证程序分为三步:首先是九国代表组成的联合技术审查小组(JATR),在未来90天充分交流,各国民航当局将单独提交观点与建议;其次同步进行的是FAA的补充认证,即美国适航认证仍由FAA而非JATR负责;第三步是各国民航当局独立的认证许可。根据我们收集的专家观点,大概率FAA和中国CAAC都会采用比以往更完备的“新认证程序”。考虑到两起事故对大众安全与信心带来的严峻挑战,考虑到民航总局对安全问题的一贯严格,考虑到各国当局在认证人才、设备和经验上的资源瓶颈,我们预计中国认证许可发放最早三季度末,最晚难以判断。

03

对飞机供给的影响可能持续9-12个月,显著超过我们先前3-6个月的估计。 修正估计的核心原因是生产周期。假设总装线生产周期半年,波音计划四季度交付的MAX飞机有可能在二三季度收到航司延迟开工的申请,因为航司此时无法确认该机型可否获得适航认证。目前停飞的737MAX相当于中国民航ASK的2%。且若2019年计划交付的余下737MAX订单全部推迟,考虑部分飞机延期退出,2019年行业机队增速减缓幅度不低于2-3%。淡季航司将提升运行效率及减班低收益航班,但旺季运力缺口显现,有利于票价和客座率。

04

消费者的信心来自监管体系,而不是某个机型。 我们认为消费者会担忧,但不会抵制737max。各国消费者均不具备判断机型安全性的专业能力,购买机票是对各国航空监管当局认证体系的信任。持股美国四大航空公司的巴菲特表示,飞机比以往任何时候都更安全,并导致了保险费率的下降。我们认为对航空安全监管体系的信任,不仅是我们乘 坐飞机的前提,也是投资航空业的前提。维持航空业“增持”评级,维持中国国航、南方航空“增持”评级。



报告正文

2018年10月狮航与2019年3月埃航737MAX相继发生空难。除了对逝者的哀悼,也引发了公众、航司与监管当局对737MAX安全性的质疑。


目前两起事故初步调查报告均已公布,我们请教了多位业内专家,结合国内外专业分析,希望通过梳理与汇编,了解737MAX事故原因,揣度未来的解决方案和时间进度。


需要重点注意的是,初步调查报告只阐述一些调查事实,关于事故原因等结论需等到最终事故调查出炉才能揭晓。通常最终事故调查报告调查周期需数月到一年不等。本文中所有专家分析均基于现有的初步调查报告,仅供参考。


根据国际航协ICAO的相关文件,调查事故的唯一目的是防止事故或事故征候,而非为了分摊过失或责任。从每一次的事故中总结经验教训,并提供专业的安全建议和应对措施,不断提升交通安全才是最终目的。


波音737系列是历史上最畅销的客机,也是1959-2016年期间安全性最高的主流客机之一。737MAX是737系列的第四代机型,2011年立项研发,耗时六年,2017年首次交付。相比之下,波音在20世纪90年代初花了五年时间设计和交付全新的机型777。




1.   重要的基础知识介绍


1.1.  飞机的致命风险——“失速”


  • 什么是“失速”?


“失速”,英文“Stall”,并非指飞机速度不足,而是失去升力。

机翼能够产生升力,是因 为机翼上凸下平,上翼面气流速度快于下翼面。根据伯努利原理,气流速度越快压力越低,因而产生了上下翼面的压力差——升力。

持续产生升力的前提条件是,要保证上翼面的气流不分离。当“迎角”AOA(Angle Of Attack,指机翼前进方向与机翼弦线之间的夹角)超过临界值后,上翼面的气流开始分离,随着迎角的继续增加,机翼产生的升力明显减小,即发生“失速”。



  • 迎角传感器

波音737飞机的机头两侧各有一个“迎角传感器”(AOA Sensor),提供迎角信号输入,以协助判断飞机姿态。当飞机迎角过大时,飞行员或飞控系统将调整飞机姿态,规避失速。



1.2 飞机俯仰操纵——“安定面”


  • 飞机的俯仰平衡原理


飞机飞行状态的变化,归根到底,都是力和力矩作用的结果。

影响飞机俯仰(抬头/低头)状态的力矩主要有三种:机翼产生的俯仰力矩,水平尾翼产生的俯仰力矩,和推力产生的俯仰力矩。当各俯仰力矩之和为零(配平)时,飞机将处于俯仰平衡,飞行迎角保持不变。



  • “安定面”高效控制飞机抬头/低头,实现静稳定性


飞机以重心为受力点,通过调节水平尾翼的升力大小,改变水平尾翼产生的俯仰力矩,来控制飞机俯仰。

水平尾翼包括安定面和升降舵。其中,安定面的面积比升降舵更大,因此俯仰控制效能也更高。

升降舵是操纵系统,水平安定面是配平系统。一般情况下,升降舵的作用是由飞行员控制飞机抬头或低头;安定面的作用是使飞机具有适当的静稳定性——飞机受到小扰动(包括阵风扰动和操纵扰动)后,偏离原平衡状态,并在扰动消失后,飞行员不给于任何操纵,飞机自动恢复原平衡状态。



  • 安定面的控制


B737的安定面配平一共有三种模式:

  • 自动驾驶电动配平;

  • 人工电动配平——通过驾驶杆上的配平电门;

  • 人工手动配平——通过人工转动配平轮进行配平。

飞行员可以通过驾驶杆上的电动配平,或者人工转动配平轮,来控制飞机的水平安定面位置(蓝色箭头所指)。



  • “安定面失控”非正常检查清单


“安定面失控”是波音737飞机操纵系统的重要故障。“安定面失控”非正常检查清单也是飞行操作手册中规定的记忆项目。

所有波音和空客飞机,都有STAB TRIM(安定面配平)电门。安定面一旦失控,飞行员需要将安定面配平电门开关放到CUTOUT位,切断飞机自动控制安定面操纵权限,完全恢复人工控制权限。——这也是全球所有运营商在所有波音和空客飞机上的模拟器训练程序。

当安定面配平电门切断后,只能通过人工手动配平模式——通过转动配平轮进行安定面配平。



1.3.  737MAX特有的“MCAS”软件设计


MCAS(ManeuveringCharacteristics Augmentation System,机动特性增强系统)是波音专门为737MAX所设计,用于提升飞机的俯仰稳定性。

两起事故中,MCAS均被错误的迎角信号多次触发,自动操控安定面使机头下俯。


  • 设计目的:提升俯仰稳定性,协助飞行员避免失速

为了防止失速,飞行控制系统具有“失速识别(Stall Identification)”功能,以协助飞行员识别并防止失速状态加剧。

波音737的失速识别功能,依靠三个系统分别或共同作用:偏航阻尼器、升降舵感觉偏移组件、速度配平系统。

备受质疑的MCAS(机动特性增强系统),是速度配平系统的两种工作模式中的一种,是波音专门为737MAX设计新增,并具有更高的优先级。



  • MCAS的飞行控制逻辑

根据波音的官网介绍,MCAS触发需要以下三个条件同时满足:

  • 机机头高于正常角度(迎角过大);

  • 飞行员人工操纵(自动驾驶脱开);

  • 飞机襟翼收起。


MCAS被触发后,将以高速模式控制安定面,使机头下俯约10秒。若触发条件持续满足,且安定面配平电门未被切断,MCAS将每隔5秒重复输入机头下俯指令,直至达到安定面下俯极限位置。



2.   两起事故过程


2018年11月28日印尼国家运输安全委员会公布狮航JT610航班事故初步调查报告。2019年4月4日埃塞俄比亚民航局公布埃航ET302航班事故初步调查报告。

依据两份官方调查报告,并结合多位业内专家解读,希望通过我们的梳理与汇编,客观了解事故过程。


2.1.  狮航JT610事故过程


根据狮航事故飞机的飞行及维修日志记录,事故发生前三天内,失事飞机曾多次出现空速及高度显示的故障,其中机长侧(左侧)空速及高度指示故障旗3次,速度配平失效指示灯和马赫配平失效指示灯亮2次。事故发生前一日,登巴萨-雅加达航班出现空速和高度指示不一致。

根据电子飞行数据记录仪的记录,狮航事故航班与其前序航班均出现了持续的迎角信号故障——两侧迎角信号明显差异,错误的迎角信号触发了MCAS反复操控机头下俯。前序航班机组执行了“安定面失控非正常检查单”——切断了安定面配平电门,最终平安落地。

  • 前序航班情况

2018年10月28日(注:事故前一日),狮航的注册号为PK-LQP的波音737-8(MAX)飞机(注:事故飞机)执飞登巴萨—雅加达的LNI043航班(注:事故航班的前序航班)。

航前检查时,机长就迎角传感器更换及相关测试工作与机务工程师进行了沟通与确认。但起飞后便出现了持续抖杆信号(注:抖杆表示系统认为飞机有失速风险)与空速不一致告警。机组执行了“空速不可靠非正常检查单”,认定左侧主飞行显示故障,切换至右侧飞行指引。

襟翼收上后,出现自动机头下俯。

(国君注:错误的迎角信号+人工操纵+襟翼收上,可能触发了MCAS,安定面自动下俯配平)

机组执行了飞行手册中既有的紧急程序“安定面失控非正常检查单”——切断了安定面配平电门。稍后恢复接通后,再次出现自动机头下俯。机组再次切断安定面配平切断电门,并手工配平。直至飞机落地也未接通使用自动驾驶。航班后续航段正常,安全落地。

(国君注:安定面配平电门接通状态下,MCAS可被反复触发。切断安定面配平电门,MCAS将无法操控安定面)

落地后,机长向机务工程师通报了“空速和高度不一致”以及“感觉压差”的故障情况,并通过公司系统填写了电子报告。机务工程师针对机长通报的故障进行了对应的维修,地面测试结果令人满意。

(国君注:根据事故初步调查报告披露的内容,机长未报告执行了“安定面失控非正常检查单”,以及“自动机头下俯”的情况)



  • 事故航班经过

当地时间2018年10月28日,注册号为PK-LQP的狮航波音737-8(MAX)飞机执飞雅加达—槟港的定期客运航班JT610。

电子飞行数据记录仪记录到,狮航JT610从起飞开始便出现了迎角数据故障——左右两侧迎角传感器数值相差约20°,并激活了左侧驾驶杆失速抖杆。异常的迎角信号与失速抖杆一直持续至飞机坠毁。


机组发现并向管制员报告“飞行控制故障”后,人工操纵爬升,当襟翼收上后,记录仪记录到自动下俯配平信号,该信号持续约10秒后。随后机组通过电动配平修正安定面。

(国君注:错误的迎角信号+襟翼收上+人工操纵,触发了MCAS)

襟翼放出至5°,自动下俯配平信号终止。当襟翼再次收上,记录仪记录到自动下俯配平信号和机组操纵的上仰信号再次交替出现。在之后的6分钟,自动机头下俯,与机组操纵机头向上,交替往复多达20次,直至飞机坠毁。

(国君注:错误的迎角信号重复多次触发MCAS,与飞行员争夺飞机俯仰操纵控制权)



2. 2.  埃航ET302事故过程


根据电子飞行数据记录仪的记录,埃航事故航班也在起飞后出现了持续的迎角信号故障——两侧迎角信号明显差异,且在满足了MCAS触发条件后,出现了飞机自动机头下俯。与狮航事故航班不同,埃航机组执行了“安定面失控非正常检查单”——切断了安定面配平电门,但由于无法人工手动修正安定面,最终飞机失控坠毁。

2019年3月10日,注册号为ET-AVJ的埃航波音737-8(MAX)飞机执飞亚的斯亚贝巴—内罗毕的定期客运航班ET302。航班计划起飞时间为2019年3月10日世界时5:44UTC。

起飞滑跑时一切正常。离地不久后出现迎角数据故障——左侧迎角信号错误。飞行员在被允许的最低高度,便开始尝试接通自动驾驶。

(国君注:猜测可能为避免触发MCAS)

飞行员两次尝试接通自动驾驶,均失败;继续爬升后自动驾驶接通,但6秒后脱开。

(国君注:自动驾驶接通失败或自动脱开,符合波音2018年11月6日发布的技术通告中关于错误迎角数据可能导致的现象)

在襟翼收上,自动驾驶脱开之后,记录仪记录了第1次自动机头下俯,持续了约9秒。随后机组第1次通过人工电动配平修正安定面。5秒后,出现了第2次自动机头下俯。随后机组第2次通过人工电动配平修正安定面。

(国君注:错误的迎角信号+襟翼收上+人工操纵,反复触发MCAS)

机组按照波音发布的应对程序,执行了“安定面失控非正常检查单”——切断了安定面配平切断电门。随后记录仪记录到第3次自动机头下俯指令,但安定面未变化。

(国君注:符合电门切断后的表现——在切断电门的情况下,自动或人工电动配平均不工作,仅可手动通过转动配平轮进行安定面配平)

飞行姿态不够,机组尝试手工配平安定面,但没能成功人工转动配平轮。(国君注:手工无法配平安定面的原因未知)

记录结束前约32秒,在安定面抬头配平方向上记录两次瞬时的人工电动配平输入。

(国君注:猜测在05:41:46至05:43:11之间的某个时间里,安定面配平电门很可能被再次接通)

在最后一次人工电动配平输入后大约5秒钟,出现第4次自动机头下俯,安定面在大约5秒钟内从2.3单位移动到1.0单位。飞机开始向下俯冲,并最终坠毁。

(国君注:安定面配平电门接通后,MCAS被再次触发,机头自动下俯)





3.   737MAX有待完善的问题


根据1944年颁发且执行至今的《国际民用航空公约》附件13《航空器事故和事故征候调查》规定:调查事故或事故征候的唯一目的是防止事故或事故征候,而非为了分摊过失或责任。

任何一起空难,都是一系列,而非单一因素的结果。根据初步调查报告,两起空难起码涉及三个环节,“迎角信号故障 + MCAS飞行控制逻辑 + 机组应对”。







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