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走近西南航空引擎事故——那片“闖禍”的發動機葉片

黃沁/國際航空

“前天,西南航空波音737客機WN1380航班發動機爆炸事故引發了廣泛討論和關注。

至於罪魁禍首,現有線索仿佛指向了飛機左側發動機中,那片失蹤的風扇葉片。”

失蹤的風扇葉片

前天,西南航空波音737客機WN1380航班發動機爆炸事故引發了廣泛討論和關注。

根據新聞,飛機處於32,500英尺高空時,左側發動機突然發生爆炸,爆炸的殘片(不是脫落風扇葉片)擊中了一扇舷窗,來自萬米高空的氣流瞬間把一名乘客幾乎吸出窗外,造成一人死亡7人受傷。

事故飛機受損部位

這起迫降事件被定性為發動機故障。運輸安全委員會的初步調查顯示,事故飛機的引擎有“金屬疲勞”(metal fatigue)跡象。根據業內人士分析,該航班發動機故障的原因是風扇葉片脫落,在極高的轉速下形成一個高速彈片,

最終摧毀左側發動機,引發爆炸。

清晰可見缺失的發動機風扇葉片

航空事故歷史中,發動機葉片損壞而引發的飛機事故還真不少見。

2014年,我國南航CZ3739航班飛機引擎空中著火,事後調查顯示發生故障的發動機進口處,壓氣機風扇的葉片有斷裂。據推測,

有可能是葉片斷掉後進入發動機內,損傷發動機進氣流場,導致後者發生“畸變”,進而形成“喘振”。所幸的是這次事故沒有造成人員傷亡。

南航發動機故障現場圖

而1996年,美國達美航空1288航班就沒這麼幸運了。當時,一號(左側)引擎前壓縮機前葉片槳轂飛出,

引擎碎片造成在一號引擎附近的後機身和內部的巨大破壞:在左側機身蒙皮記錄下16處洞,貫穿和撕裂破壞;在第37排座椅附近發現幾個大洞;在右側機身位於37排座位稍前記錄下7個碎片出口。這些碎片造成兩名乘客遇難,還有兩名受重傷。

達美航空1288航班發動機事故

“生病”的風扇葉片

那麼,為什麼發動機風扇葉片會斷裂呢?它有那麼脆弱嗎?答案是:如果“生病”了,它就真的很脆弱。

發動機是飛機的心臟,一旦發動機出現故障,飛機就如同突發心臟病(往詳情參考:當人類飛行史上最重要的發明出現問題的時候)。而風扇葉片,則是發動機重要組成部分。一般而言,正常的風扇葉片是很堅固的,可以承受幾公斤鳥撞不壞,但一旦“生病”出現了裂紋,就很容易“闖禍”。據不完全統計,我國空軍現役飛行的發動機事故中,80%都跟發動機葉片斷裂失效有關。這麼嬌貴的部分一旦發生斷裂失效,往往會對發動機乃至整個飛機造成致命打擊。

對於發動機葉片來說,任何一種結構及安裝形式,都有其局限性,擁有自身的弱點和薄弱環節。理論上,每種渦輪葉片斷裂的故障:疲勞、超應力、蠕變、腐蝕、磨損等,都會釀成致命事故。

對此,飛機發動機的製造商們當然不會袖手旁觀。為了檢驗發動機外殼的堅固程度,為了防止脫落的異物(如斷裂的葉片、誤入的飛鳥等等)捲入發動機後,發動機爆炸的殘片飛出整流罩砸向機身,對飛機造成二次損害,風扇機匣包容性試驗(簡稱“包容試驗”)應運而生。

空客A380飛機的羅羅公司遄達900發動機進行破壞性測試。模擬高速運轉的風扇葉片被吸進發動機,評估其對發動機的損傷。測試結果表明,沒有零部件或殘骸從發動機的整流罩穿出去,不會對飛機機翼等造成嚴重傷害

每架生產出來的發動機要“畢業”出廠,都必須經過包容試驗的檢驗,不然拿不到“畢業證”。在試驗中,研究風扇葉片的飛斷方法非常關鍵。為了類比葉片飛脫的狀態,目前採用的“搞破壞”方式有兩種——預製裂紋法和預埋炸藥法:

預製裂紋法原理

預埋炸藥法原理

那要是飛行途中,受損的發動機“沒包住”,還是有殘片飛出擊破客艙,而你又好巧不巧地剛好坐在了發動機附近的座位上,怎麼辦?保命的方法只有一個,系!好!安!全!帶!

本次西南航空的悲劇在於女乘客被吸出機窗破口,但如果她系好安全帶,悲劇可能避免。我們可以看下1988年阿羅哈航空243號班機在飛行途中發生爆炸性失壓(explosive decompression)事故。當時,一大塊機艙天花板被撕裂而脫離機體,除了一名機組人員不幸被吸出機艙外死亡,其餘系好安全帶的65名機組人員和乘客都穩穩地坐(bǎng)在了座位上。這架飛機在不可思議的狀態下飛行,而且極富戲劇性成功著陸,後來被拍攝為電影《九霄驚魂》。

往往會對發動機乃至整個飛機造成致命打擊。

對於發動機葉片來說,任何一種結構及安裝形式,都有其局限性,擁有自身的弱點和薄弱環節。理論上,每種渦輪葉片斷裂的故障:疲勞、超應力、蠕變、腐蝕、磨損等,都會釀成致命事故。

對此,飛機發動機的製造商們當然不會袖手旁觀。為了檢驗發動機外殼的堅固程度,為了防止脫落的異物(如斷裂的葉片、誤入的飛鳥等等)捲入發動機後,發動機爆炸的殘片飛出整流罩砸向機身,對飛機造成二次損害,風扇機匣包容性試驗(簡稱“包容試驗”)應運而生。

空客A380飛機的羅羅公司遄達900發動機進行破壞性測試。模擬高速運轉的風扇葉片被吸進發動機,評估其對發動機的損傷。測試結果表明,沒有零部件或殘骸從發動機的整流罩穿出去,不會對飛機機翼等造成嚴重傷害

每架生產出來的發動機要“畢業”出廠,都必須經過包容試驗的檢驗,不然拿不到“畢業證”。在試驗中,研究風扇葉片的飛斷方法非常關鍵。為了類比葉片飛脫的狀態,目前採用的“搞破壞”方式有兩種——預製裂紋法和預埋炸藥法:

預製裂紋法原理

預埋炸藥法原理

那要是飛行途中,受損的發動機“沒包住”,還是有殘片飛出擊破客艙,而你又好巧不巧地剛好坐在了發動機附近的座位上,怎麼辦?保命的方法只有一個,系!好!安!全!帶!

本次西南航空的悲劇在於女乘客被吸出機窗破口,但如果她系好安全帶,悲劇可能避免。我們可以看下1988年阿羅哈航空243號班機在飛行途中發生爆炸性失壓(explosive decompression)事故。當時,一大塊機艙天花板被撕裂而脫離機體,除了一名機組人員不幸被吸出機艙外死亡,其餘系好安全帶的65名機組人員和乘客都穩穩地坐(bǎng)在了座位上。這架飛機在不可思議的狀態下飛行,而且極富戲劇性成功著陸,後來被拍攝為電影《九霄驚魂》。