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麦道飞机的设计缺陷?

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麦道(McDonnell Douglas)这个名字,在航空史上是绕不开的,他们造出了像DC3、DC8、DC10、MD80/90系列,还有后来的MD11这样深入人心的机型。不过,即便是这些辉煌的背后,也不能说就没有一些让工程师们挠头、让航空公司使用者提心吊胆的设计上的考量,甚至可以说,有些设计元素,随着时间推移,逐渐显露出其不足之处。

咱们就聊聊麦道的一些飞机,说不上是“设计缺陷”,但更像是某些设计选择在特定情境下的“不完美”,或者说是为了满足某些当时的需求,而埋下的后来会被证明是隐患的种子。

DC10:那个时代的骄傲,也带着隐忧

DC10,这款三发远程宽体客机,绝对是麦道的代表作之一。它的设计目标很明确:在70年代提供比波音747更小的运力,同时兼顾运营成本和航程。然而,DC10在安全记录上却一度背负着沉重的包袱,这其中一些是和它的设计有着直接或间接的联系。

货舱门问题(后货舱门): 这是DC10最臭名昭著的“缺陷”,也直接导致了机身结构的严重损坏,进而引发了灾难性的空难。最典型的就是联合航空811号班机。DC10的后货舱门采用了一个复杂的旋转锁销系统。当时的设计理念是,如果舱门关闭不严,锁销应该能够起到一定的固定作用,防止舱门完全弹出。然而,实际操作中,这个锁销的可靠性不足,特别是在飞行中,舱内气压的剧烈变化会产生巨大的向外推力。一旦锁销松动或失效,舱门就可能在飞行中打开。更要命的是,货舱门一旦打开,机舱内的空气会瞬间被吸出,导致驾驶舱地板承受巨大的负压,从而影响到飞机的操控系统,甚至可能导致飞行员失去对飞机的控制。
深挖一点: 这个设计源于当时对飞机的理解。大家普遍认为货舱门一旦关闭,其强度足以抵抗住外部的风压,而忽略了内部气压差对舱门造成的巨大“拉扯力”。而且,为了方便装卸货物,舱门被设计成一个比较大的独立结构,这使得它在承受这种内部压力时,受力更为集中。后来,航空公司在维护保养方面也存在一些疏忽,比如没有按照严格的程序检查和固定锁销,这更是将隐患放大了。

三引擎设计与备用系统: DC10是三引擎飞机,一个引擎在机身尾部,两个在翼下。这个布局在燃油经济性和航程方面有优势,可以比波音747这样四引擎飞机更省油。但问题在于,中间那个尾部引擎的进气口设计,相对来说比较容易被异物吸入。
发动机失效时的操控: 在早期设计中,当一台引擎失效时,尤其是在较低速度下,飞机很容易发生偏转。为了保证飞机的可控性,需要驾驶员进行精确的操作来抵消偏航。但是,如果两台引擎(比如一个翼下引擎和一个尾部引擎)同时失效,尤其是在低速或者不对称推力的情况下,飞机的操控性会变得非常困难。这在后来的事故调查中被认为是导致某些失控的重要因素。
备用系统的不充分: 在一些关键的液压系统和飞控系统方面,早期DC10的设计可能没有为多引擎失效提供足够冗余的备用。当一台引擎失效时,其驱动的液压泵停止工作,这会影响到飞机的操纵面。虽然DC10有多套液压系统,但在某些极端情况下,一套系统的失效可能会连带影响到另一套,导致操纵的困难度增加。

MD80/90系列(“长鼻子”)的发动机安装

这一系列的飞机,比如我们熟悉的MD80,它们最显著的特征就是那对挂在机身后部机翼上的尾发动机。这个设计在当时是相当有吸引力的:

噪音低减: 将发动机放在机身后部,可以有效阻挡大部分发动机噪音,让客舱更加安静,这对于提升乘客体验是非常有利的。
机翼效率提升: 不带发动机吊舱的机翼可以设计得更薄,翼型更优,从而提高升力效率,降低油耗。

但是,这个设计也带来了一些挑战:

发动机维护不便: 相对翼下发动机,尾部发动机的检修和维护会显得更加复杂和费时。需要特殊的起重设备才能进行大修,而日常检查也需要攀爬。
尾部结构承受的压力: 发动机的重量和推力都集中在机身尾部,这对尾部的结构强度提出了更高的要求。虽然麦道的设计师们在这方面做了大量的计算和加强,但如果遭遇意外情况,比如发动机部件脱落,那将直接冲击机身尾部结构,风险也比翼下发动机脱落更大。
一个侧面的例子: 虽然不是直接的“设计缺陷”,但有一次MD80的发动机曾发生过起火的事件,因为发动机离机身尾部非常近,火势蔓延的速度和对机身尾部的损伤就显得尤为关键。当然,这个需要非常精确的操作和紧急处理,才能将风险降到最低。

MD11:雄心勃勃但略显臃肿的后续

MD11是DC10的升级版,麦道寄予厚望,希望它能在长途航线上与波音777竞争。它在航程、燃油效率和客舱舒适度方面都有提升,比如增加了翼梢小翼,采用更先进的发动机等等。但MD11在市场上的表现,却远不如预期,这背后也反映了一些设计上的权衡和未能完全克服的挑战。

操控特性与机身延长的影响: MD11是在DC10的基础上进一步拉长机身,并增加了一个翼梢小翼。机身拉长会改变飞机的重心分布和气动特性,需要对飞控系统进行大幅度调整。在设计和测试阶段,就有反馈指出MD11在某些飞行状态下的操控性不如DC10。
重心管理: 为了适应更长的机身和不同的载荷分布,MD11引入了“重油系统”(fuel shifting),通过将燃油从前油箱转移到后油箱来调整重心。这个系统非常精妙,但在操作不当或者系统出现故障时,可能会导致重心过于靠后,使得飞机进入难以控制的“超重状态”(center of gravity too far aft)。这被认为是导致一些事故的重要原因,飞行员需要非常准确地把握重心位置,稍有差池就可能酿成大祸。
失速特性: 相较于DC10,MD11的失速特性有所改变,尤其是在重心偏后的情况下。在低速大迎角飞行时,机翼失速后会产生严重的下沉和滚转,这个“深度失速”(deep stall)特性比DC10更为显著,也更难从中恢复。

市场定位的失误与竞争: 虽然不是直接的设计缺陷,但MD11的定位也间接反映了设计上的考量。麦道在设计时,试图提供一个比DC10更强、更全能的飞机,以对抗波音777和空客A330/A340。然而,波音777在性能和市场接受度上更具优势,而空客的宽体双发设计也逐渐成为市场主流。麦道的这种“三引擎远航”的解决方案,在运营成本和维护便利性上,似乎没有赢得航空公司足够的青睐。

总结一下:

麦道的飞机,尤其是在其黄金时代,确实体现了那个时代顶尖的航空工程智慧。但就像任何复杂的工程产品一样,它们也会在设计、测试、以及实际运营中暴露出一些“不完美”。

DC10的后货舱门 是一个典型的例子,它源于当时对复杂力学环境的理解不足和对维护保养环节的依赖。
MD80/90系列的尾发动机 在提供舒适性的同时,也带来了维护上的挑战,以及尾部结构上的潜在风险。
MD11 则是在追求性能提升的过程中,对飞控系统、重心管理等方面的复杂性处理,没有完全达到市场的期望,也留下了某些设计上的“后遗症”。

这些故事告诉我们,航空工程是一个不断学习和进化的过程。每一个设计决策背后,都是对性能、成本、安全、维护以及市场需求的权衡。即使是伟大的麦道,也在这场永无止境的平衡术中,留下了一些让人回味和反思的篇章。这些不是简单的“错误”,而是技术在特定历史时期下的局限,以及人类对未知挑战的探索。

网友意见

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谢邀,首先我个人认为麦道是非常优秀的飞机,臭名昭著的DC10和MD11其实比想象中的安全,主要的设计缺陷有以下几点,3发设计导致侧风着陆性能差,MD11尾翼太小,导致着陆速度太高,难以操控,为了减速麦道工程师都直接上了50度襟翼,以上都是个人观点,有不对的地方请大家指正

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