航空业供给系列专题报告之一：737MAX国内复飞在即，不改运力降速规划

中国民航局发布737MAX适航指令，国内商业复飞在即。12月2日中国民航局针对波音737MAX飞机发布《机动特性增强系统（MCAS）不安全状态的改正》适航指令，确认相关改正措施能够消除该机型机动特性增强系统(MCAS)的不安全状态。此前737MAX于2018年10月和2019年3月先后发生狮航和埃航两起空难，中国民航局于埃航空难第二天全球率先停飞737MAX。2019年5月国君交运专题报告《737MAX事故将持续影响飞机供给》，综合多方信息研判“修复后复飞将是大概率”，且“软件升级+培训”将可能是解决方案。近期适航指令发布，意味着737MAX国内复飞已无适航法规障碍。待航司完成机型改造与飞行员培训，并经局方合格审定，737MAX将于2022年初实现国内商业复飞。 事故均与MCAS有关“软件升级， +培训”修复方案获认可。任何一起空 难，都是一系列，而非单一因素的结果。根据事故调查，737MAX两起空难至少涉及三个环节：（1）MCAS飞行控制逻辑有待完善；（2）迎角信号出现故障且未被发现；（3）机组训练可能不足。其中，波音专门为737MAX增设的飞行控制法则MCAS为核心问题。波音对MCAS软件进行了升级，防止错误数据造成MCAS被激活，确保飞行员对飞机的控制权始终高于MCAS软件，此外亦更新飞行员培训方案。修复方案于2020年11月获美国FAA认证，海外超175个国家已批准复飞。 短期供给冲击有限，不改中长期运力降速。国内航司停飞737MAX飞机共97架，估算可贡献有效运力相当于2019年全行业ASK的2%。此外，中国航司待交付的737MAX自购订单有104架。考虑在手订单偏少与波音赔偿方式，预计“十四五”期间将可能补充窄体机订单。短期来看，737MAX复飞仅小幅增加行业有效运力供给约2%，且不影响干线市场供需。中长期来看，737MAX重启引进及未来可能的飞机订单补充，亦不会影响“十四五”行业运力增速放缓的整体规划。 长期前景乐观，中期复苏确定，关注逆向时机。疫情防治体系逐渐增强，全球疫情得控确定性提升。疫情未改变航空需求长期增长动能，且空域瓶颈仍将持续，中国航空业长期供需向好。737MAX重获适航认证不影响“十四五”运力增速放缓趋势，待疫情影响消除，盈利上升拐点可期。中期看，航空具备“国际放开”与“国内大循环”下的双重盈利恢复逻辑，未来两年复苏趋势确定。考虑短期业绩承压，且国际放开或仍将缓慢，建议关注航空逆向时机。维持中国国航H/A、中国东航H/A、南方航空H、中国航信H、春秋航空“增持”评级。 风险提示。疫情、管制、增发摊薄、经济下行、油价汇率、安全事故。 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。 2018年10月印尼狮航与2019年3月埃航两架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。2019年3月11日，即埃航空难发生后的第2天，中国民航局全球率先暂停波音737MAX国内商业运行。随后，欧盟航空安全局、美国联邦航空局等机构也陆续发出类似指令，737MAX全球停飞。 时隔32个月，737MAX在中国或将迎来复飞。12月2日中国民航局针对波音737MAX飞机发布《机动特性增强系统（MCAS）不安全状态的改正》适航指令，确认相关改正措施能够消除该机型机动特性增强系统(MCAS)的不安全状态。这意味着，737MAX国内复飞已无适航法规障碍。待航司完成机型改造与飞行员培训，并经局方合格审定，737MAX有望在2022初迎来国内商业复飞。 国君交运团队2019年5月专题报告《737MAX事故将持续影响飞机供给》，详细介绍了事故过程、初步调查结果以及解决方案猜想，综合多方信息研判“修复后飞机复飞将是大概率”，且“软件升级+培训”将可能是解决方案。 737MAX国内复飞在即，我们希望与您一同回顾事故调查结果、最终解决方案与全球复飞进程，并对国内复飞的相关影响进行初步探讨。 1.事故均与MCAS有关，软件升级+培训为解决方案 波音737MAX飞机先后发生印尼狮航和埃航两起空难，调查结果表明两起事故的发生皆因当波音737MAX飞机处于人工飞行且襟翼收上的状态，错误的高迎角输入反复激活机动特性增强系统（MCAS），导致水平安定面重复低头配平，飞行机组在多重告警的干扰下，无法有效识别定位故障并采取措施，最终造成飞机失去控制。 其中，MCAS为737MAX特有的飞行控制软件设计，旨在协助规避失速，事故调查结果表明其需完善升级。波音公司于2019年3月公布以“软件升级+飞行员培训”为主的修复方案，并最终于2020年11月获得美国FAA适航认证。 1.1.飞机操纵原理与737MAX关键设计 为了帮助大家更清楚地了解事故原因，我们先为大家简单介绍必要的飞行知识与原理。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 升力与“失速”——飞行一定要规避迎角过大 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”（“Stall”）——并非指飞机速度不足，而是失去升力。也就是说，飞机要正常飞行，一定要规避迎角过大而导致失速坠落。 图1：迎角超过临界值后气流分离 图2：气流分离将导致升力消失——失速 飞机的俯仰平衡原理——稳态取决于三力配平，水平尾翼控制俯仰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（低头/抬头）状态的力矩主要有三种：（1）机翼产生的俯仰力矩；（2）水平尾翼产生的俯仰力矩；（3）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。 在飞行中，普遍通过水平尾翼主动控制飞机俯仰。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。 图3：飞机主要的俯仰力矩——机翼升力、水平尾翼负升力和推力 “安定面”比“升降舵”更高效控制飞机俯仰 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俯仰；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，在扰动消失后，飞行员不给予任何操纵，飞机自动恢复原平衡状态。 图4：水平尾翼——安定面与升降舵 图5：波音737飞机的安定面的移动范围 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。 图6：737MAX机头配有两个迎角传感器AOA 图7：迎角传感器 “安定面”与“升降舵”的控制安定面，一共有三种配平模式： （1）自动驾驶电动配平； （2）人工电动配平——通过驾驶杆上的配平电门进行电动配平； （3）人工手动配平——通过人工转动安定面配平轮进行手动配平。 升降舵，则仅由飞行员手动操纵，通过前后移动驾驶杆操纵升降舵的位置，进而控制飞机俯仰。 图8：波音737系列飞机的“安定面”与“升降舵”控制方式 “安定面失控”非正常检查清单——切断电门，恢复人工控制 “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CUT OUT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——即通过转动安定面配平轮进行安定面配平。 图9：波音737系列飞机的安定面配平电门 图10：波音737系列飞机的安定面配平轮 737MAX特有“MCAS”软件设计，协助规避失速 MCAS（Maneuvering Characteristics 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，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。MCAS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。 表1:波音737失速识别功能的三个系统——MCAS是速度配平系统新增补充模式（737MAX特有） MCAS的飞行控制逻辑——条件满足后自动触发压机头 根据波音的官网介绍，MCAS触发需要以下三个条件同时满足： （1）飞机机头高于正常角度（迎角过大）； （2）飞行员人工操纵（自动驾驶脱开）； （3）飞机襟翼收起。 在MCAS完善升级之前，按照先前的飞行控制逻辑，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。 1.2.事故调查结果表明，MCAS需软件升级 中国民航局737MAX适航指令指出，波音737MAX飞机先后发生印尼狮航和埃航两起空难，调查结果表明两起事故的发生皆因当波音737MAX飞机处于人工飞行且襟翼收上的状态，错误的高迎角输入反复激活机动特性增强系统（MCAS），导致水平安定面重复低头配平，飞行机组在多重告警的干扰下，无法有效识别定位故障并采取措施，最终造成飞机失去控制。 图11：MCAS飞行控制逻辑——旨在协助飞行员规避迎角继续增大的失速风险 任何一起空难，都是一系列，而非单一因素的结果。根据事故调查报告，737MAX两起空难至少涉及三个环节：（1）MCAS飞行控制逻辑有待完善； （2）迎角信号出现故障且未被发现；（3）机组训练可能不足。其中，MCAS为核心问题。 波音为737MAX配备了更省油的新一代CFM-LEAP-1B发动机，由于发动机尺寸增大，而主起落架仅能小幅加高，波音将发动机位置前移。业内猜测该硬件设计调整可能改变了升力焦点与重心的相对关系，在更大的推力下将可能出现多余的抬头力矩。MCAS会在人工操纵大迎角飞行时，主动施加一定的低头力矩，以协助飞行员规避迎角继续增大的失速风险。 图12：波音737MAX较737NG发动机尺寸增大 根据业内专家对两起事故的分析，MCAS需要完善升级：（1）安全冗余不足——先前仅以单个迎角传感器数据判定飞行姿态；（2）权限可能过高——飞机最终的操控权应归飞行员。 1.3.“软件升级+培训”修复方案获适航认可 根据事故调查报告，737MAX并没有涉及硬件设计问题。2019年3月，波音公布了以“飞控软件升级+飞行员培训”为主的修复方案，并最终于2020年11月获得美国FAA适航认证。FAA适航指令包括如下改正措施： 1、安装升级的飞行控制软件：旨在防止MCAS被错误激活。 （1）飞行控制系统将比较两个迎角（AOA）传感器的输入，如果迎角传感器的差值在5.5度或5.5度以上，MCAS将不会激活； （2）MCAS被激活后，将仅为每个大迎角事件提供一次输入； （3）MCAS不能对水平安定面给出无法让飞行机组人员通过拉回操纵杆进行抵消的指令，飞行员总是能够超越MCAS并手动控制飞机。 2、安装更新的驾驶舱显示系统软件：以提供AOA迎角不一致警报。 若飞