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遄达1000压涡轮工作叶片隔热涂层脱落造成波音787客机大面积停飞

时间:2018-10-02 13:23:47

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遄达1000压涡轮工作叶片隔热涂层脱落造成波音787客机大面积停飞

陈光/文

发动机中的钢制零件,为了防止表面生锈,一般釆取在表面镀上一薄层防锈的金属,如铜、锌、镉等;在涡轮叶片上为防止燃气中的硫等对叶片的腐蚀并减少传到叶片上的热量,一般均需在叶片上复盖一层隔热凃层。但是如果这些保护层选用不当,会造成严重故障,甚至会造成机毁人亡的重大事故。

其中罗·罗遄达1000中压涡轮工作叶片隔热涂层脱落,就导致波音787客机大面积停飞。遄达1000是罗罗公司为787“梦幻”客机研制的三转子大涵道比涡扇发动机,10月26日日本全日空ANA的787客机(装遄达1000发动机)进行了首次商业飞行,但在该公司的787就遭受了3次遄达1000中压涡轮工作叶片腐蚀断裂的重大故障,由于要更换叶片使飞机停飞,造成全日空取消了300多个航班;

图1、遄达1000发动机

几周后,英国维珍大西洋航空公司的787客机出现了类似事件,使该公司取消了一百多个航班。下半年,像多米诺效应一样,连续不断地多家航空公司(泰航、英航与新西兰航空公司)先后出现了受遄达1000发动机的影响而停飞787的事件,数以万计的旅客在圣诞节与新年间的出行由于多家航空公司取消由787客机执行的航班而受到影响。

造成大量787客机停飞的原因是由于遄达1000中压涡轮工作叶片隔热凃层未到设计寿命而过早地脱落,使叶片表面与高温燃气接触,造成叶片硫腐蚀而断裂,断裂的断片流入到低压涡轮中,打伤1-5级静子叶片与工作叶片,图2示出第5级低压涡轮工作叶片受损情况。幸好这些断片质量小,没有打穿机匣甩出发动机,否则其后果不堪设想。

图2、5级低压涡轮工作叶片受损情况

由于即使是1片中压涡轮工作叶片断裂,在多米诺效应作用下,也会打坏多片低压涡轮叶片,罗罗公司根本没有这么多的备用叶片来拆换受损的叶片,不仅造成多家航空公司的飞机大面积停飞,还在一段时间内无法向波音公司交付装机的发动机。这在航空发动机发展历史中也是罕见的。

弹性锁片釆用镀镉造成歼六机毁人亡重大事故。1974年空军的歼六战斗机连续发生了三次机毁人亡的重大事故,经调查分析,原来是它所用的涡喷六发动机中的一个小小的弹性锁片攺用了镀镉造成的。

图3、涡喷六发动机联轴器

涡喷六为单转子涡轮喷气式发动机,由9级压气机、环形燃烧室、2级涡轮与加力燃烧室组成。它的涡轮轴通过半球式联轴器与压气机轴连接(图3),连接后用一个薄薄的弹性锁片将其固定,弹性锁片用铆钉固定在压气机后锥轴的内表面上。在正式的生产文件中要求弹性锁片镀锌,但在当年的生产中,锌层表面起泡,遂改用镀镉。

图4、弹性锁片示意图

联轴器处的工作温度为330℃-380℃, 镉的熔点为321℃,工作中,镉熔化,在离心力作用下液态镉顺着后锥轴外流(有流动痕迹),流到9级轮盘拐角处,此处镀铜层已被车掉,镉渗入到轮盘轮缘与辐板间的环形基体材料中,使材料变脆(镉脆)。

在飞机起飞爬升过程中(三次事故均发生于这一状态下),发动机处于最大工作状态下,转速最大,在极大的离心力作用下,轮盘在盘缘与辐板转接处整周断裂,断裂后盘缘又断成几段甩离轮盘,并击穿机匣甩出发动机,轮盘的辐板基本保持圆形,见图5。

图5、破裂的轮盘

三次机毁人亡的事故原因找到后,制造厂核实,发现共有761台发动机弹簧片镀镉,遂将这些装有镀镉弹性锁片的发动机返厂,进行分解检查,结果发现其中115台约占761台的15%,己有不同程度的裂纹,如果没有出现这三次事故,其后果不堪设想。

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