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东航A330万米巡航发动机叶片脱离,7年前亚航遄达700故障重演?

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乔善勋/文

12月3日,东方航空一架空客330客机在执行上海至香港的721号(MU721)航班,在万米巡航时,发动机突然遭遇叶片脱落的故障。从曝光的视频中可以看到,客舱内有明显晃动感。所幸,飞行员临危不惧紧急备降厦门。

飞行记录显示,飞机在大约9点半左右时,发动机突发意外,位置大约在泉州市西面。当时飞机飞行高度在34100英尺,约合10400米。随后,飞机开始紧急下降,并在10点左右降落在厦门高崎机场。



飞机落地后,地面人员得以一窥发动机受损全貌,发动机的多个风扇叶片受损。



涉事的是一架注册号B-8970的空客A330-300型客机,机龄6.5年,搭载2台罗·罗遄达700发动机。在2017年6月交付予东航。



然而这并不是A330型客机搭载的遄达发动机第一例巡航中发生故障的案例。其中最典型的当属2017年亚航A330发动机风扇叶片故障事件。

2017年6月25日,亚航旗下一架注册号9M-XXE的A330-343X从西澳大利亚州珀斯飞往马来西亚吉隆坡。

飞机起飞大约1小时后,机组成员突然听到一声金属爆炸声,机身开始剧烈振动,并向机组成员发出ENG 1(左侧)失速警告。机组在完成相关的发动机故障程序,并开始单发返回珀斯。



虽然飞行员尝试通过改变飞机的高度和空速来减少飞机振动,但机身在返航途中仍继续振动。飞机在珀斯安全着陆后,地面人员发现左侧发动机一个风扇叶片大约有3/4部分丢失。



图、亚航9M-XXE号机发动机受损图

9M-XXE号机搭载的是遄达772B-60型发动机,这属于一款三转子、高涵道比涡扇发动机,下图所示蓝色为风扇、黄色为中压压气机、橙色为高压压气机。



编号为41778的发动机被送到香港航空发动机服务公司进行检修,叶片残片则被送往英国罗罗的实验室。发动机检查显示,没有内部或外部火灾的证据,也没有异物损坏的证据。而受冲击和尖端摩擦影响,剩余的风扇叶片有二次损坏痕迹,发动机进气罩也受到损坏。风扇轴沿着长度弯曲约13毫米。

序列号RGF35538的风扇叶片生产日期在2009年12月至2010年2月之间,没有返工记录。在2014年9月11日进行相控阵超声波检查。该叶片装机后运营共运营3602个周期,从检查到发生故障运营1099个周期。

随着涡扇发动机的涵道比越来越大,极大改善了发动机的效率和成本,但同时也需要应用采用复杂空气动力学设计的更长、更宽的风扇叶片,这些叶片重量还必须轻,以确保风扇叶片故障时,发动机能承受较大的不平衡力,并确保不发生不包容事件。这也就要求叶片具有足够的强度,以承受高空气动力载荷、低循环和高循环疲劳载荷和异物损坏。

为了实现高强度和低重量,工程师给出的办法是使用具有内部支撑结构的宽弦空心钛叶片。遄达700风扇叶片在制造过程中使用三块钛合金板来组成叶片的外部面板和内部支撑结构,钛合金的超塑性使其能够形成内部支撑结构和叶片的形状。制造过程包括在高温下将三块钛合金板扩散粘合在一起。然后通过在高温下使用惰性气体在金属模具之间对扩散粘合结构的空腔进行充气来最终成型。



图、断裂面示意图,凸板内表面疲劳裂纹萌生点

对失效的风扇叶片进行紫外线扫描并没有发现有机污染痕迹,这排除了吞鸟事件。但是发现了疲劳裂纹区域,大约位于叶片前缘的中弦处。疲劳似乎是在面板内表面薄膜与面板结合的锐角处开始的。失效叶片剩余部分的照片确定了导致叶片失效的应力裂纹的起始点。



裂纹最初沿着弦向方向传播,然后向外翼型表面传播。剩余的断裂表面相对较钝且有角度;这与韧性超应力失效一致。起始点附近断裂的放大图,显示疲劳裂纹从凸板内表面扩展。蓝色十字表示裂纹萌生点,红色区域是初始弦向扩展区域,黄色箭头表示一般扩展方向。

制造商进行的试验表明,如果在之前的相控阵超声波检查时存在这种大小的裂纹,它本应被检测到。因此得出结论:裂纹很可能更小,低于当时的最低标准。由于宏观区的存在,裂纹可能能够更快地扩展。

共性问题还是孤例?

此前,罗·罗曾报告7起遄达700风扇叶片故障事件,第一起发生在2006年8月。前6起叶片故障事件归因于制造问题,其中大多数与在超塑性成型过程中使用不正确的气体或空气进入叶片腔有关,导致叶片材料内层的性能发生变化。这些变化使它们更容易过早失效。随后的风扇叶片故障并未发现此类制造问题。

罗·罗公司的调查发现,最近的三起叶片故障(包括亚航这一次)均归因于疲劳裂纹,该裂纹起源于内膜和凸面板之间形成的锐角。

罗·罗还审查了故障叶片设计,虽然遄达发动机风扇叶片都具有相同的宽弦、空心结构,但只有遄达700叶片遇到了疲劳裂纹问题。研究显示,遄达700叶片应力相对较高,再加上小锐角半径的应力集中效应,从而在拐角处引发裂纹,最终导致叶片失效。

2013年7月15日,罗·罗发布非改装服务公告 (NMSB) 其指出问题:在风扇叶片断裂事件发生后,建议进行在役超声波检查,以缓解类似事件发生。

发动机制造商劳斯莱斯采取了多项安全措施,包括修订2017年10月发布的服务公告RB.211-72-AH465,将检查间隔从2400个周期减少到1200个周期。



东航721号航班危险吗?

从曝光的视频来看,对于普通乘客的视觉冲击还是蛮大的。但从安全的角度来看,需要科学对待此类问题,但也不用过度担心。

1、成熟、专业的飞行员都会接受单发飞行训练,即使一台发动机运行,他们也能将飞机平安降落。

2、发动机在适航取证的时候,都需要通过包容性测试,以免发生非包容性失效造成次生灾害。

721号航班是否遭遇鸟击?



在飞行过程中发动机吸入异物,例如吞鸟,但是在万米高空鸟击很罕见。鸟类通常飞行高度在2133米,但在6000米以上也有鸟类活动,最高的鸟击事件发生在11000米。污染物检测能第一时间确定或排除鸟击事件。

如何科学看待721号航班事件?

亚航A330事件暴露出罗·罗遄达700风扇叶片在复杂制造过程中,出现的一个多年来未意识到潜在问题。事故调查显示,对于关键零部件制造商和监管制造商的监管机构来说,建立快速识别核心问题的系统并采取措施来降低风险非常重要。

这起事件是一个很好的例子,说明制造商如何通过快速积极的行动,通过信息、服务公告和服务信函,向运营商和维护提供商传达工程解决方案和技术信息。它还展示了监管机构如何与制造商合作,并通过包括适航指令在内的通信纳入强制性安全解决方案。

对于什么原因造成721号航班意外,我们还需要等待详细的事故调查报告。



从目前曝光的信息来看,东航721号航班和2017年亚航A330发动机风扇叶片脱落故障有类似性,建议重点关注发动机风扇叶片疲劳裂纹,建议局方要求航空公司对搭载遄达700型发动机的A330客机进行专项排查;

建议罗·罗加强此类故障研究,并提出系统性解决方案。

相信通过各方努力,能很好弥补721号航班所暴露出的问题,让未来的天空更安全。

责任编辑:朴琳清_NBJS24703

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