737的前世今生（上）
源自温哥华的鱼
连着写了4篇战列舰的文章，已经有网友抱怨太多了。这一两个月内发生了很多大事，印巴冲突击落米格-21、埃航坠机波音停飞、凉山大火引发对灭火飞机的讨论。热点一个接着一个，不少网友留言让我也说道说道，今天就先来聊聊737吧（前天日本又掉了F-35，加塞写了一篇）。
这不属于军事话题，不过和大家的关系更密切：截至今年2月22日，中国民航系统总共拥有3641架支线以上客机，其中各型波音737约970架，占26.6%，所以在国内中短途飞行坐上737的概率是非常大的。这里面也包括了已经停飞的96架737 Max-8，数量占全球已交付Max总数的1/4。
> 2017年11月3日，国航订购的首架737 Max-8离开西雅图归国，这也是中国航司接收的第一架737 Max
狮航和埃航737 Max-8的坠毁原因，讨论的焦点集中在和飞行员抢班夺权的MCAS系统上。看似并不复杂的一个电子辅助控制装置，却惹出如此重大的事故，舆论要么谴责波音唯利是图，要么归罪于外包的印度码农，要么哀叹波音又犯低级错误。关于具体的技术细节，众多航空大牛、飞行专家都做出了详尽的分析，我就不多谈了。今天来讲讲737的发展史，从中或许能够窥见一些波音在737问题上积重难返的深层次原因。
第一代：初始型
将时间回溯55年，当时中短程客机的明星是1963年首飞的波音727，它的推出非常成功，总产量达到1832架，这一喷气客机的量产记录直到90年代初才被737打破。
1964年5月11日，波音展开新客机的研发工作，并命名为波音737。其目的不是取代727，而是作为727的补充，针对航程更短、客流量更小的支线市场。
> 727的真正后继者是1982年首飞的757
波音通过市场调查，将737定位于50-60座、航程1600公里，比中国商飞的ARJ21-700还要小（后者是78-90座、航程2225公里）。初始设计采用发动机尾吊布局，高置T型尾翼，单排5座，其实就是双发缩小版的727，连机尾的登机梯都一模一样。
后来的“747之父”乔·萨特当时还在737开发小组，他将发动机移到翼下以减轻结构重量，加大机身直径以容纳一排6座。在采用翼吊布局后，水平尾翼的位置也相应地从高置T型尾变成了常规的机身安装。
1965年2月，在获得波音的项目保证后汉莎成为737的启动用户，共订购了21架，总价值6700万美元，这也是波音首次在未获国内订单前先获得海外订单。当时波音正受困于严重超支的747项目，汉莎的投资使737的开发工作得以顺利进行。应汉莎的要求，波音把737的载客量提高到100人，长度也相应增加到28.65米。
1965年4月，美联航宣布订购40架737，但他们希望能够进一步增大载客量，以适应美国市场。于是波音拉长了机身，在机翼前增长了36英寸，机翼后增长了40英寸，长度达到30.53米。长机身型被称作737-200，原来的短机身型就成为了737-100。两种型号的具体设计并行展开，所以737-200并不是100的后继型号，而是同时研发的加长版。
当波音推出737计划时，世界航空制造业仍处于群雄并起的时代。道格拉斯公司前有DC-8与707竞争，后有DC-9和727抗衡。当737变大以后，DC-9/MD-80系列也成了它的直接对手，而后者的研发进度要快2年，1965底就已投入使用。在欧洲还有英国飞机公司的BAC 1-11和荷兰福克的F28，产量也都达到240多架。
眼看竞争对手都已经进入适航认证阶段了，波音为加快737的研发进度，有60%的机体结构和机载系统直接采用了727的设计，其中就包括机身横截面，这一尺寸终其一生、历经4代都没有一丝变化。
而727机身横截面上半部分继承自707，它的后继者757也没变。于是从1957年首飞的707一直到58年后首飞的737 Max，波音4代窄体客机的机体宽度都是3.76米，这在客机制造史上也是奇观了。当然这样的机身宽度在当年还是要优于只排得下5座的竞争对手。
> 陈列在纽约州雪城机场的727截面实体，地板下的空间很小，无法容纳标准的LD3航空集装箱（当时都还没出现），只能散装行李。737也继承了这一切，同样不能装LD3集装箱，最新的Max系列也不能。
737的发动机采用普惠的JT8D-1小涵道比涡扇发动机，这也是727、DC-９/MD-80、川崎C-1运输机、麦道YC-15短距起落运输机的动力，它的原型是A-6舰载攻击机使用的PW J52涡喷发动机，“雷”式战斗机则采用了Volvo授权生产的加力型号RM8。
JT8D-1是第一代民用涡扇发动机，风扇直径1.01米，涵道比为1，发动机长3.137米，重1.4吨。整个发动机显得相当细长，头尾都伸出到机翼之外。
为了缩短起落架长度（减轻结构重量）、降低发动机离地高度（方便地面检修），波音的工程师们没有采用常规翼吊布局中的吊架，而是将发动机短舱直接贴在机翼下表面上。通过风洞试验，从众多连接构型中选择了一个相当宽厚的整流罩设计，将发动机短舱和机翼间的空隙全部填满。
就是这个在当时显得相当先进而科学的短起落架设计，在日后为737家族带来无尽的烦恼。当然我们无法指责当年的波音工程师们，他们哪里能预见到60年后同样打着737的名号、机体直径毫无变化的737 Max-9，起飞重量已经比737-100翻了整整一倍呢。
737紧凑的机体还造成了另外一个奇观，主起落架收起后，两个主轮分别收纳在机腹的轮井内，没有起落架舱门，完全是敞开式的，因为实在是没有空间安装舱门了。这样一个近似于裸奔的简陋设计通常只出现在小型飞机上，空气阻力大但结构重量轻，737硬是把它一直带进了21世纪。
> 737-200机腹特写
737-100于1967年4月9日首飞，是世界上第一种获得二类盲降（CAT II）认证的飞机。但是它的市场反响不佳，总共只制造了30架，除了汉莎的22架外，只有马来西亚-新加坡航空订购了5架，Avianca公司2架。
737-100的首架原型机后来转交NASA作为试验机，退役后收藏在西雅图飞行博物馆，下图为去年在博物馆拍摄的实机。参见：西雅图飞行博物馆巡礼（1）：细品黑鸟（上）
737-200于1967年8月8日首飞，最大载客量比-100多12人，因此更受航空公司欢迎。但面对DC-9的竞争，737-200一直销售不畅，在1969年达到年交付114架的高峰后，1970年只收到37架订单，1972年交付量下跌到22架，西雅图伦顿工厂内积压了19架。严重的财政困难让波音一度打算关闭737生产线，并将其设计卖给日本的航空工业。直到波音超音速运输机计划下马、747缩小生产规模后，波音才得到足够的资金继续737的生产。
1971年5月，美国空军订购了19架以737-200为原型改装的T-43导航员训练机，暂时给737续了命，之后737生产线依靠非洲航空公司等非欧美市场订单维持。
为了增强竞争力，波音对737-200进行的多次改进：重新设计了发动机反推装置，增大前缘缝翼并重新设计襟翼，以改善着陆滑跑性能；将吊舱整流罩延长1.5米，减小高速飞行时的机翼阻力；采用推力增大500公斤的普惠JT8D-15发动机，增加了载油量。新型号被称为737-200 Advanced - 先进型，载重量和航程都增加了15%，性能提升相当显著。1971年6月起，先进型成为-200的标准生产构型。
737-200还有一项特殊的选装设备：gravel kit - 砾石套件。在前轮底下安装有一个雪橇状的砾石导流板，前起落架舱也加大突出以容纳导流板，发动机前下方伸出一根由发动机供气的涡流偏转器，目的都是避免发动机吸入地面异物，令737具有在未经铺设的土质跑道上起降的能力。拉斯加航空公司曾常年使用安装该套件的737-200飞往偏远地区的简易机场，加拿大北部的多家地区性航空公司至今仍在使用。
> 原来737也可以像C-17那样尘土飞扬地威风一把
1978美国国会通过《航空公司放松管制法案》，将自由市场运作导入商业航空领域后，民用航空市场进入飞速发展阶段，对一排六座的窄体客机需求也大大增强，737的销售终于迎来了春天。最终737-200共生产了1114架，最后1架于1988年8月交付厦门航空。
在更新的737投入使用后，737-100/200被统称为737OG系列（Original - 初始型）。
点评：
737原本只想安安静静地做一架支线小客机，但在客户的要求下，在竞争对手的压力下，波音借用大量727甚至是707的老设计匆匆上马，拔苗助长般地把它变成了一架干线客机，并落下了腿短的毛病。
初代737是最早采用发动机翼吊布局的中型双发窄体客机，为日后同类型客机的设计竖立了标杆，但早期销售不畅，差点被波音关停出售。
第二代：经典型
1979年，波音开始对737进行第一次重大改型设计。波音希望在增加载客量和航程、采用现代化航电系统的同时，尽可能地保留与初始型的通用性，新一代飞机被命名为737-300。
第二代最大的改进就是发动机，波音和CFM合作，开发采用了CFM56系列高涵道比涡扇发动机，燃油效率和安静性大幅提高。CFM56的核心机来自GE F-101，也就是B-1超音速战略轰炸机的发动机。新发动机的风扇直径比上一代JT8D-1增加了半米以上，但起落架的高度并没有变化，于是如何在相同的翼下离地高度里塞进这台大了一半的发动机就成了工程上的挑战。
波音和CFM的解决之道是适当缩小风扇直径（这也造成了发动机推进效率略低于预期），将发动机安装在机翼之前，并把附件齿轮箱从吊舱下方移到两侧，从而压扁了进气口的底部，形成独特的“hamster pouch - 仓鼠颊囊”外观。
原用于E-3“望楼”预警机和KC-135加油机的CFM56-2发动机，经过这番的拉皮整容之后就变成了CFM56-3。实际上它缩小到直径1.5米的风扇改进自GE CF6-80发动机（直径2.19米），就是767和A310的动力，而不是CFM56-2的法国产风扇叶片，涵道比为5.0。
> KC-135加油机的CFM56-2，进气口是正圆型，齿轮附件位于机匣底部
737-300的发动机前移到机翼前部，吊挂方式也改成了悬臂吊架，顶部几乎和机翼齐平。发动机带有下偏5度的安装角，既避免了吊架过热，又提供了部分垂直矢量推力，提高了起飞性能。
在这里不厌其烦地一直强调发动机的直径，就是因为不断增大的发动机直径和顽冥不化的起落架高度是伴随737一生的矛盾体。有人会说那加长起落架不就什么都解决了，还费那么大劲去改发动机？
起落架是一架飞机上最坚固的部件，需要用万吨级水压机锻压成型，质量很大。加长起落架牵涉到起落架舱的布局、承力结构的加强、重心的改变，乃至气动布局和飞控的修改，可谓牵一发而动全身，整个机体结构几乎要重新设计，工作量太大。波音苦熬了50几年也一直下不了决心去动它。
> 即使把发动机短舱压扁了，底部的离地高度也不足75厘米，仍然非常局促
737-300和-200之间保持了70%的通用性，机身加长了2.87米，最大载客数增加到149人。机翼进行了空气动力学修型，翼尖加长23厘米，翼展增加了53厘米，改善了低速性能和巡航飞行的气动效率，并重新设计了垂直尾翼。驾驶舱可选装类似767的EFIS玻璃座舱，客舱内饰则接近于757。
首架737-300原型机也是737系列中的第1001架，于1984年2月首飞，总产量1113架，仅比-200少1架。
1986年6月，波音宣布开发737-400，进一步将机身加长3米，发动机推力增大，载客量增加到188人。737-400于1988年2月首飞，总产量489架。
鉴于客户的需要，随后波音又开发了一款直接用于替代737-200的客机，这就是737-500（原先称为737 Lite）。它的机身尺寸和-200相仿，载客量为140人，续航距离更长，具有比-400更高的经济性，燃油效率相比-200更是提高了25%。737-500于1989年6月首飞，总产量388架。
当下一代737投入使用后，737-300/400/500被统称为737CL系列（Classic - 经典型）。确实很经典，一样外露的主轮，一样的机体宽度，一样的机械操纵系统，一样的没有放油装置、一样装不下航空集装箱。
> 737-400机腹特写
点评：
和日后产量井喷般飞速增长的新一代737比，经典型的产量不算特别大，为1990架。此时日后的冤家对头A320尚未诞生，市场上唯一像样的对手就是DC-9/MD-80系列，总产量为2167架。因为尾吊结构的关系，DC-9/MD-80仍然使用上一代JT8D发动机（直到1993年首飞的MD-90才用上高涵道比的IAE V2500），技术先进性、油耗和航程上都略逊一筹，机体的发展潜力远比不上常规布局的737。
所以经典型应该是波音彻底改掉737痼疾的最佳对象，体量既没有达到尾大不掉的地步，竞争压力也不算很大。既然已经采用了更新更大的发动机，机体也越拉越长，就应该趁这个机会调整总体布局和结构。很可惜，波音白白浪费了80年代这十年大好时光，依靠747的辉煌成功净躺着数钱了。
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