文/陳光
對保存在飛機上的發動機殘骸照片放大圖(圖1、2)與GP7200風扇部件圖(圖3)對比, 可以看到低壓渦輪與風扇後錐軸的聯軸噐未損壞,
圖1、殘留在A380飛機上N4發動機斷口處照片
在聯軸噐外端能見到後錐軸有大部分殘留在聯軸器處, 即後錐軸是在聯軸器外沿圓周斷裂的。 斷裂原因則需專門委員會去分析, 但故障的肇事者還是比較清楚的, 即由於風扇後錐軸突然斷裂,
圖2、殘留在A380飛機上N4發動機斷口處照片 能明顯見到風扇後錐軸斷裂痕跡
根據圖1與圖2, 可以看出增壓壓氣機轉子並未甩離, 仍保存在發動機內, 因為增壓壓氣機的進口導葉完整無損地保留在分流環後面。
圖3、GP7200風扇部件局部圖
一旦風扇轉子與低壓渦輪軸斷開聯接後, 低壓渦輪失去負荷, 在高溫燃氣的作用下,
為避免出現這種亊故, 絕大多數雙轉子渦扇發動機中, 在低壓.渦輪中均設有防止一旦低壓渦輪斷軸等造成風扇與低壓渦輪聯接斷開時, 立即斷開向燃燒室的供油, 這時就沒有燃燒後的高溫燃氣流入低壓渦輪, 當然低壓渦輪就轉不起來了, 更不會超轉了!
早期的發動機釆用機械式的斷油裝置, 在採用FADEC後, 在電路系統中設置限轉即可。
圖-154所用發動機D-30KY上沒有採用防止低壓渦輪軸斷裂後轉子飛轉的措施,
羅羅公司三轉子發動機中, 低壓渦輪中裝有防止飛轉的裝置, 但中壓轉子中沒有裝, 因此發生了A380在2010年11月4日震驚全球的QF32航班重大故障亊件。
由於某原因(此處不討論)使遄達900發動機中壓壓氣機與中壓渦輪軸斷開, 中壓渦輪失去負荷超轉至飛轉, 在極大的離心力作用下, 渦輪盤破裂, 斷塊擊穿機匣造成嚴重的非包容故障, 碎片打壞飛機多處, 如圖4所示。
圖4、A380被遄達900碎片擊傷部點陣圖
損壞的A380在新加坡進行了大修, 修理時間用了一年半, 修理費用了1.39億美元, 由修理時間之長與耗資之大, 可以看出該飛機承受了難以置信的嚴重損壞, 也是民航史上少有的飛機嚴重受損但無人員傷亡的事件。
與此同時,在工廠進行試車的遄達1000(用於波音787)也發生了類似的中壓渦輪非包容故障,為此羅羅公司在遄達900與遄達1000中均補充安裝了防止中壓渦輪飛轉的措施。
圖、被打開檢修的發動機
羅羅公司的風扇部件曾出現多次風扇盤甩離發動機的亊件,這在航空史上也是少有的。但由於在低壓渦輪中均設有防止低壓渦輪飛轉的措施,飛扇轉子甩離發動機,但飛機均平安無亊。
在RB211-22B(用於L1011三星客機)於1972年4月投入使用的當年年末,連續兩周內發生兩起風扇輪盤甩離發動機的亊件,這是由於鈦合金輪盤冶金品質不好造成的。由於風扇轉子是在重力作用下墜落的,未對飛機造成損壞。
同樣用於L1011三星客機的RB211-22B於1981-1982年間連續發生三次由於軸承潤滑不良造成風扇軸斷裂,風扇轉子墜離發動機的亊件,其中一起對飛機結構未造成損傷,一起低壓渦輪工作葉片甩離發動機,對飛機機身造成了局部損傷,另一起亊件中,發動機是,位於機尾中部,風扇轉子掉進了S型的彎曲進氣道中,蹭壞了進氣道管壁,碰壞了幾根導管。
1982年12月用於波音747的RB21-524也發生了一起風扇轉子甩離發動機的亊件,對飛機機體結構未造成損傷。
GE公司的發動機也曾遭遇過風扇轉子在飛行中丟失但飛機安全著陸的亊件。2007 年1 月 25 日,美國一架裝有兩台 GE 公司CF34-3B1 發動機的龐巴迪CRJ200LR支線客機,當飛機穿過 7300m 高度時,駕駛員聽見“呯”的一聲, 飛機突然大振,飛機飛行速度降低, 飛機的飛行高度隨之下降, 駕駛員發現“1號發動機(左發)滑油壓力過低”的信號, 但N1 轉速仍很高, 遂將1 號發動機拉回到慢車狀態, 並立即將飛機安全地開回機場,機上50 名乘客及機組 3 人無1 人傷亡。
飛機著陸後,令人吃驚的是1 號發動機風扇轉子, 進氣錐罩、風扇包容機匣及反推器已全部丟失, 風扇出口導葉仍保留在發動機中, 如圖 5 所示。沿發動機軸線的飛機機身部分與垂直尾翼及水準尾翼也遭到一定的損傷。令人吃驚的是, 即使發動機損壞如此嚴重, 在前半部丟失的情況下, 發動機仍能繼續以慢車轉速工作直至飛機著陸。
圖5、1號發動機風扇轉子、包容機匣及反推器均在飛行中丟失
經過對搜集到的殘骸進行分析研究後,發現在發動機維修時, 在輪盤孔緣的表面上, 使用了不完善的電化學腐蝕標印(ECM )作記號時產生的電弧引起的小疵點,形成了輪盤裂紋的起始點,此裂紋在工作中不斷擴展,最終導致輪盤破裂。
GE公司早已不再採用這種標記的方法。2000年10月發佈一份服務通報, 要求採用了這種標記的發動機, 在使用到8000迴圈時, 應對風扇盤中心孔緣表面處用目視及觸摸來檢查標記, 是否已有由於電弧引起的疵點。但發生此亊件的發動機已工作 11000迴圈而未進行這一檢查,否則不會產生這次亊件。
結朿語
民航客機在渦扇發動機風扇轉子甩離發動機後,相當一件重物墜離飛機,一般不會對飛機機體造成嚴重損傷。但如果此時低壓渦輪轉子飛轉,則渦輪葉片與破裂的渦輪輪盤會擊穿發動機機匣,造成嚴重的非包容故障,斷片造成的二次損傷,會對飛機機體造成嚴重損傷,甚致會引發機毀人亡的重大亊故。
也是民航史上少有的飛機嚴重受損但無人員傷亡的事件。與此同時,在工廠進行試車的遄達1000(用於波音787)也發生了類似的中壓渦輪非包容故障,為此羅羅公司在遄達900與遄達1000中均補充安裝了防止中壓渦輪飛轉的措施。
圖、被打開檢修的發動機
羅羅公司的風扇部件曾出現多次風扇盤甩離發動機的亊件,這在航空史上也是少有的。但由於在低壓渦輪中均設有防止低壓渦輪飛轉的措施,飛扇轉子甩離發動機,但飛機均平安無亊。
在RB211-22B(用於L1011三星客機)於1972年4月投入使用的當年年末,連續兩周內發生兩起風扇輪盤甩離發動機的亊件,這是由於鈦合金輪盤冶金品質不好造成的。由於風扇轉子是在重力作用下墜落的,未對飛機造成損壞。
同樣用於L1011三星客機的RB211-22B於1981-1982年間連續發生三次由於軸承潤滑不良造成風扇軸斷裂,風扇轉子墜離發動機的亊件,其中一起對飛機結構未造成損傷,一起低壓渦輪工作葉片甩離發動機,對飛機機身造成了局部損傷,另一起亊件中,發動機是,位於機尾中部,風扇轉子掉進了S型的彎曲進氣道中,蹭壞了進氣道管壁,碰壞了幾根導管。
1982年12月用於波音747的RB21-524也發生了一起風扇轉子甩離發動機的亊件,對飛機機體結構未造成損傷。
GE公司的發動機也曾遭遇過風扇轉子在飛行中丟失但飛機安全著陸的亊件。2007 年1 月 25 日,美國一架裝有兩台 GE 公司CF34-3B1 發動機的龐巴迪CRJ200LR支線客機,當飛機穿過 7300m 高度時,駕駛員聽見“呯”的一聲, 飛機突然大振,飛機飛行速度降低, 飛機的飛行高度隨之下降, 駕駛員發現“1號發動機(左發)滑油壓力過低”的信號, 但N1 轉速仍很高, 遂將1 號發動機拉回到慢車狀態, 並立即將飛機安全地開回機場,機上50 名乘客及機組 3 人無1 人傷亡。
飛機著陸後,令人吃驚的是1 號發動機風扇轉子, 進氣錐罩、風扇包容機匣及反推器已全部丟失, 風扇出口導葉仍保留在發動機中, 如圖 5 所示。沿發動機軸線的飛機機身部分與垂直尾翼及水準尾翼也遭到一定的損傷。令人吃驚的是, 即使發動機損壞如此嚴重, 在前半部丟失的情況下, 發動機仍能繼續以慢車轉速工作直至飛機著陸。
圖5、1號發動機風扇轉子、包容機匣及反推器均在飛行中丟失
經過對搜集到的殘骸進行分析研究後,發現在發動機維修時, 在輪盤孔緣的表面上, 使用了不完善的電化學腐蝕標印(ECM )作記號時產生的電弧引起的小疵點,形成了輪盤裂紋的起始點,此裂紋在工作中不斷擴展,最終導致輪盤破裂。
GE公司早已不再採用這種標記的方法。2000年10月發佈一份服務通報, 要求採用了這種標記的發動機, 在使用到8000迴圈時, 應對風扇盤中心孔緣表面處用目視及觸摸來檢查標記, 是否已有由於電弧引起的疵點。但發生此亊件的發動機已工作 11000迴圈而未進行這一檢查,否則不會產生這次亊件。
結朿語
民航客機在渦扇發動機風扇轉子甩離發動機後,相當一件重物墜離飛機,一般不會對飛機機體造成嚴重損傷。但如果此時低壓渦輪轉子飛轉,則渦輪葉片與破裂的渦輪輪盤會擊穿發動機機匣,造成嚴重的非包容故障,斷片造成的二次損傷,會對飛機機體造成嚴重損傷,甚致會引發機毀人亡的重大亊故。