“天女散花”般的發動機碎片從天而降,竟是羅羅葉片斷裂惹的禍

“天女散花”般的發動機碎片從天而降,竟是羅羅葉片斷裂惹的禍

陳光/文

2019年8月10日,位於意大利首都羅馬郊區的菲烏米奇諾鎮,天空晴朗,當地時間下午4點左右,突然像天女散花似的,一些灼熱的碎片像冰雹一般地從天而降,如同子彈射向地面,造成25輛汽車、12座房屋受損。


好在當時鎮上人員不多,僅一位54歲的老人被墜落的碎片打到,造成輕度燙傷與衣服燒壞,他自稱“能活下來很幸運”。灼熱的碎片(圖2)引起幾處草坪著火,還在路面上留下一些小坑。

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圖1、汽車玻璃玻砸破

事後眾人收集了散落的碎片(圖3),約幾百片,重約4公斤,仔細一看,全都是飛機發動機中的渦輪葉片斷片,其中有長、有短,有的帶有葉根,有的只是葉片葉身的一部分。

發動機的渦輪葉片斷片怎麼會從天上掉下來呢?

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圖2、灼熱的碎片(發動機的渦輪葉片)

原來是飛行中的客機,突然發動機出現重大故障,渦輪葉片被打斷,碎片由發動機尾噴管噴出,噴出的碎片在重力作用下向下墜落。


菲烏米奇諾鎮緊靠羅馬國際機場。當天一架挪威航空公司的787-8客機(圖4)執行由羅馬飛往洛杉磯的DY7115航班任務,機上連機組在內共有310人。


起飛38秒後,飛機爬升到400米高度時,突然左側的發動機出現重大故障,駕駛員立即關停了該發動機,終止了起飛程序,飛機在另一臺發動機作用下,於起飛後23分鐘後返回機場,安全著陸無人員傷亡,是一次危及飛行安全的嚴重事件。

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圖3、人們蒐集到的碎片

787“夢幻”客機是波音公司於21世紀初研製的、滿足21世紀綠色航空要求的、載客量為242-335座的雙發客機,於2011年10月26日投入航線運營,它有三個型號即787-8、787-9與787-10。


787客機可使用兩型發動機,即英國羅羅公司的遄達1000與美國GE公司的GEnx,兩型發動機可在任意地方、任何時間互換,這是以前所有客機都不具備的能力。

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圖4、挪威航空公司的787-8客機

這架挪威航空公司的787-8客機採用了英國羅羅公司的遄達1000三轉子大涵道比渦輪風扇發(圖5),它由1級風扇、8級中壓壓氣機、6級高壓壓氣機、1級高壓渦輪、1級中壓渦輪與6級低壓渦輪組成。


對安全著陸的飛機進行了全面檢查,通過孔探儀對發動機渦輪部件進行的檢查中,發現中壓渦輪有相鄰的兩片工作葉片斷裂,這就是這次空中停車事件的罪魁禍首。

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圖5、遄達1000發動機

中壓渦輪工作葉片1、2片斷裂後,其斷片會隨氣流向後流,流到旋轉的低壓渦輪第1級工作葉片時,又會打壞低壓渦輪1級工作葉片,這些葉片的斷片與中壓渦輪葉片斷片一起繼續向後流動,又打壞第2級低壓渦輪工作葉片。


像多米諾骨牌效應一樣,一級一級的斷片打向後排的葉片,使後幾級的葉片受損的越來越多,最後末級(即第6級)葉片基本全部被打壞,多達幾百片的斷片,由發動機尾噴管噴出,在重力作用下,像冰雹般地墜入地面。好在這些葉片斷片質量輕,承受的離心力小,所以沒有打穿發動機機匣,是一起非包容性的嚴重故障。

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圖6、裝在787上的遄達1000發動機


從發動機外部(圖6)來看,看不出發動機有什麼損傷情況,但由尾噴管向內窺視,可以看見低壓渦輪工作葉片已是面目全非,慘不忍睹(圖7)。據當地人講,如果飛機再晚幾秒鐘撒下葉片碎片,碎片可能墜入人頭攢動的羅馬市區或遊客眾多的海濱浴場,其後果則不堪設想了。

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圖7、由發動機尾噴口向內看低壓渦輪6級工作葉片

飛離發動機的葉片斷片,在機場跑道與其附近並未發現,全部砸到了鄰近機場的菲烏米奇諾鎮。這些葉片斷片對發動機沒起到破壞作用,但對飛機卻造成了一些損傷:襟翼下表面與機身有多處被砸,左翼與水平安定面也受到損傷。


另外,由於飛機是緊急返航著陸的,飛機上的燃油來不及放掉,使飛機著陸時的總重超過限定值較多,造成起落架中的一個輪胎爆破。因此,此架飛機只能停在機場,等待修理而不能投入運營。


僅過兩天後,即8月12日該公司另一架787-9執行由倫敦飛往紐約的D17017航班任務,在倫敦機場的登機口被拖車拉出時,竟撞上機場隔音屏障上,造成內裝輔助動力裝置的尾錐損壞(圖8),這對於已是焦頭爛額的挪威航空而言,不啻是雪上加霜,因為該公司的18架737MAX正處於停飛狀態,另有6架787停飛(圖9)等待處理發動機問題而無法執行航班任務。

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圖8、787-9撞上隔音屏障造成尾錐損壞

早在2016年,遄達1000發動機的中壓渦輪中就出現了工作葉片斷裂的故障。當年日本全日空(ANA)航空公司的787遭受了3次遄達1000中壓渦輪工作葉片斷裂的重大故障,三次事件中飛機均安全著陸。對這三次故障進行分析研究後,發現是由於塗在工作葉片上的隔熱的塗層過早地脫落,塗層脫落後,高溫的燃氣直接與葉片接觸,造成葉片受燃氣中的硫腐蝕,葉片受到腐蝕後失去強度而折斷。


由於要更換葉片使飛機停飛,造成全日空取消了300多個航班,為此羅羅公司僅為前面9個取消的航班就向全日空航空公司支付了53萬美元補償金。羅羅公司在全日空事件後,並未發覺事態的嚴重性,認為出現的問題只限於全日空機群中的一小部分。但是事與願違,隨後,多家航空公司如英國維珍大西洋航空公司、泰國航空公司、英國航空公司與新西蘭航空公司等用遄達1000為動力的787接連不斷地出現中壓渦輪工作葉片腐蝕斷裂的事件。


如前所述,只要有一片中壓渦輪工作葉片斷裂,就可能造成全部六級低壓渦輪工作葉片損壞。由於羅羅公司缺少大量的中、低壓渦輪工作葉片的備件,以及一批備用的發動機,因此,當一臺發動機出現葉片腐蝕斷裂後,不能及時為故障發動機提供更換葉片,也沒有足夠數量的備用發動機為受影響的飛機拆換髮動機。所以只要航空公司的787客機所用的遄達1000發動機出現類似故障,飛機只能扒地停飛,到2019年10月全球已有44架787飛機停飛等待更換葉片。


遄達1000的中壓渦輪工作葉片腐蝕斷裂故障不僅造成航空公司眾多的787扒地停飛,甚至在一段時間內,釆用遄達1000發動機的787總裝線上無發動機可供裝機。因此這個故障對羅羅公司打擊極大,不僅公司的信譽受到極大損傷,在經濟上更是虧損巨大,2019年6月3日,羅羅公司一名高級管理人員對媒體宣稱,近三年來,公司用於處理中壓渦輪工作葉片腐蝕斷裂故障的費用(如用於飛機停飛對航空公司的賠款等)就高達13億5千萬英磅。


在8月10日挪威航空公司的787出現發動機多片葉片碎片甩離發動機的事件後,當天羅羅公司的股票在倫敦的股市上就下跌了3.7%。


羅羅公司的主管在2019年九月宣稱,公司將加快對損壞的發動機更換葉片,估計到2020年第二季度末,將停飛的飛機數減少到少於十架。也就是羅羅公司在今後較長的時間內,還將為航空公司由於飛機停飛造成的損失賠償鉅額的罰款。


由於中壓渦輪葉片腐蝕斷裂造成全球多架787客機停飛的事件還沒有完全解決的時候,遄達1000發動機又出現了新的故障。2020年7月,有的航空公司在檢查中發現該發動機3、4級低壓渦輪盤出現了裂紋,歐洲航空安全局EASA認為是由於與3、4級間的封嚴箆齒與靜子封嚴環間發生碰磨,造成封嚴箆齒在摩擦下出現裂紋,進而使得低壓渦輪盤也出現裂紋。


因此,EASA於2020年7月要求航空公司儘快對裝有特定批次封嚴件的發動機進行排查,檢查第三、第四級低壓渦輪上的封嚴箆齒是否存在裂紋。此外,EASA擬下達適航指令要求航空公司在飛機下一次發動機離翼翻修時進行一項超高靈敏度熒光探光檢查,如果檢查中顯示封嚴箆齒上出現任何裂紋,則需要更換低壓渦輪零部件。


EASA警告稱:裂紋有可能進一步擴大,甚至出現低壓渦輪盤損壞,造成發動機運行中出現大量碎片甚至非包容性故障。波音公司於7月7日也發佈了相應的適航指令。

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圖9、挪威航空公司停飛的787


遄達1000的低壓渦輪封嚴箆齒及渦輪輪盤出現裂紋故障,這對於已處水深火熱的羅羅公司來說真是雪上加霜!


有上百年曆史、曾研製出多型軍民用發動機的全球三大發動機公司之一的羅羅公司,竟然在發展遄達1000發動機時,在中壓渦輪工作葉片上採用了不恰當的隔熱塗層,使幾十架飛機扒地,造成了公司付出鉅額賠償,更為嚴重的是影響了飛機的飛行安全,這一事例再次說明航空發動機的研製工作是十分艱鉅的,不容許有絲毫差錯。


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