陈光/文
2016年11月26日,一架载有357人的斯库特(scoot)航空公司的b787-9执行由悉尼开往新加坡的航班任务,在悉尼起飞爬升过程中,驾驶员根据座舱指示仪表发现右发即2号发动机低压转子振动值过大,但仍在规定范围内,当飞机转入水平飞行时,振动值变小,但驾驶员仍然关注振动值的变化,当时预感到右发可能有问题。
当飞机飞到新加坡机场降落时,机组成员听到很大的一个“嘭”声,同时发现右发己自动停车,在eicas(发动机指示及告警系统)屏幕上出现“eng turb damage r”,表明右发涡轮已经损坏。有乘客反映发现发动机尾喷管喷出火焰,但副驾驶员到客观察发动机时未发现火焰。
隨后飞机单发工作下安全降落,无人员伤亡,因此将此次故障定为是“事件(incident)”。右发已工作7196 小时 / 1797 循环,经返修后工作378小时/79循环。事件发生后,新加坡运输安全调查局(tsib)负责了这次故障的调查工作。
图4、中压压气机第1级
经地面维护人员检查发现:中压压气机第1级工作叶片及可变进口导流叶片中各有1片丢失,在发动机气流流道中有许多碎片,多个风扇叶片前缘有轻微的撞击痕迹,5片风扇叶片尾缘有明显的撞击损伤。
右发及飞机未查出受损现象在维修车间分解发动机后,发现在中压压气机第1级除丢失一片叶片外,还有7片叶片在叶片根部榫头侧面处有裂纹,见图4。裂纹是由后向前发展的,长度为30.5mm,见图5。
图5、工作叶片叶根处产生的裂纹
在7片有裂纹的叶片任意挑出3片,将裂纹打开进行显微镜的检测,发现这3片叶片中,疲劳源在距叶根后端面1.5-2.0mm处。
中压压气机中,2-6级叶片均被掉下的叶片断片打伤(机械损伤),6-8级叶片还被钛火烧伤(着火损伤),见图6。在高压压气机中,所有叶片的叶身均被打掉,仅在转子上留有叶根的残骸,见图7。对这些损伤进行分析后,认为这些损伤不是由进入发动机的外物打伤的。
图6、中压压气机转子受损情况
所有中压压气机第1级工作叶片榫根与榫槽接触的表面上均有明显的磨蹭痕迹,如图8所示,且中间磨蹭痕迹较深(图8中黄线圈中)。磨蹭痕迹的深度及严重程度在叶根出现裂纹或没有出现裂纹的叶片中没有明显的差异。磨蹭痕迹是在发动机发生振动时,叶片榫根与轮盘榫槽间相互摩擦产生的,估计是装配间隙不合适造成的。
对中压压气机第1级工作叶片榫根应力值进行核算,发现应力最大处接近裂纹起始点。
在发生这次事件时,已有多台同型号的发动机在罗罗公司的维修车间进行过大修,为此,罗罗对9台已修过的发动机进行捡查,结果发现有一台发动机的中压压气机第1级工作叶片中有2片有裂纹,另外两台发动机中各有1片有裂纹,这说明中压压气机第1级工作叶片榫根在设计与制造中肯定存在问题。
图7 、高压压气机转子中仅剩有残留的叶根
在这次事件(2016年11月26日)后,又发生了两起类似的故障,即:2017年6月10日同一航空公司的一架b787的发动机,发现一片中压第1级工作叶片丢失;2017年7月27日还是这家航空公司的b787在爬升过程中,中压压气机1级工作叶片出现故障,发动机停车后飞机安全降落。
显然,中压压气机第1级工作叶片榫根处产生裂纹是一起多发的故障,有些现象尚需罗罗公司作深入的研究分析工作,例如裂纹的产生是设计有缺陷还是生产过程中有某些不当之处。另外,飞机在爬升及巡航时低压转子振动不正常的原因以及裂纹产生和低压转子振动有什么内在联系等,都需作进一步分析研究工作。
罗罗公司在与新加坡tsib共同进行初步研究分析后,采取了以下的临时措施:由于发动机装在机翼下时,用孔探仪无法查到中压压气机第1级工作叶片榫根处是否有裂纹,罗罗公司发展了一套超声探测设备来检查裂纹,并于2017年8月发布了(nmsb) 72-aj814通告,要求用户在检查未发现裂纹时,再使用200飞行循环后再作一次检查,但适航当局为安全起见,要求用户将200飞行循环缩减至130飞行循环。
图8、叶片榫根接触面上的磨蹭痕迹
最后,新加坡tsib建议,罗罗公司对遄达1000的中压压气机1级工作叶片防止裂纹的发展在设计上开展工作(ra-2017-034建议),欧洲航空安全局easa也有相同的要求。2018年初,罗罗已按tsib的建议,重新设计了中压压气机第1级工作叶片。
中压压气机封严环损坏
2016年底,一架用遄达1000作动力的b787在起滑跑中,当速度达110-120千米/小时时,驾驶员察觉到一台发动机出现异常现象,于是拉停了该发动机,将飞机返回到登机口。
经地面人员对发动机进行检查,发现是中压压气机封严环前端损坏。事后罗罗公司称,在其它发动机中也发现了多起这一故障,因此发布了服务通报,要求用户用孔探仪对此处进行检查。
easa认为此部件的损坏,会造成发动机空中停车,影响飞机飞行安全,除要求罗罗修改设计,还发布了ad no. 2017-0017r2适航指令,要求航空公司在装机状态下,用孔探仪检查此处。随后美国联邦航空局faa也发布了类似的适航指令。由于发现此故障即时,并迅速釆取了预防揩施,幸未造成飞机停飞事件。