GP7200發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇部件甩離事故調(diào)查

■ 陳光/北京航空航天大學(xué)

對于航空事故的調(diào)查往往耗時耗力，尤其是對于關(guān)鍵的故障殘骸的尋找，更需要調(diào)查人員具有足夠的耐心、毅力和責(zé)任感。

法國航空公司的一架裝有4臺GP7200發(fā)動機(jī)的空客A380大型客機(jī)，于2017年9月30日執(zhí)飛巴黎至洛杉磯的AF66航班，機(jī)上載有乘客497人，機(jī)組人員24人。當(dāng)飛機(jī)飛至格陵蘭島上空在帕繆特東南方向150km處，4號（右外側(cè)）發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇部件（包括發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道）甩離發(fā)動機(jī)（如圖1所示）。風(fēng)扇等部件甩離發(fā)動機(jī)時，未對飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成損傷，飛機(jī)依靠其他3臺發(fā)動機(jī)，平安降落在加拿大的鵝灣空軍基地機(jī)場，機(jī)上521人無一人受傷。此次事故被稱為AF66事件。

GP7200發(fā)動機(jī)及故障分析

GP7200發(fā)動機(jī)（如圖2所示）由普惠公司與GE航空集團(tuán)平股合資的發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司研制，是在PW4084發(fā)動機(jī)和GE90發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其額定推力為320kN。普惠公司負(fù)責(zé)風(fēng)扇、5級增壓級、6級低壓渦輪及附件傳動裝置的研制；GE航空集團(tuán)負(fù)責(zé)9級高壓壓氣機(jī)、2級高壓渦輪、低污染單環(huán)腔燃燒室與全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)的研制。GP7200發(fā)動機(jī)于2006年年初取得美國聯(lián)邦航空局（FAA）的適航證，以其為動力的空客A380于2008年投入商業(yè)運營，選用GP7200發(fā)動機(jī)的空客A380飛機(jī)占60%，其余的40%則選用羅羅公司的遄達(dá)900發(fā)動機(jī)。

圖1 空客A380右外側(cè)發(fā)動機(jī)損壞情況

圖2 GP7200發(fā)動機(jī)

圖3 風(fēng)扇及進(jìn)氣道甩離后的發(fā)動機(jī)外

AF66事件中發(fā)生故障的GP7200發(fā)動機(jī)已工作了3527循環(huán)。該故障發(fā)動機(jī)殘留的部分如圖3所示，由圖可看出，飛機(jī)的進(jìn)氣道、發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣機(jī)匣、包容環(huán)和帶葉片的風(fēng)扇輪盤全部丟失，而風(fēng)扇出口導(dǎo)葉、分流環(huán)、增壓級等部件仍保留在發(fā)動機(jī)中。由于風(fēng)扇后錐軸出現(xiàn)環(huán)形裂紋而導(dǎo)致后錐軸斷裂，造成帶風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子前移墜離發(fā)動機(jī)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子在前移與墜落過程中，將包容環(huán)、進(jìn)氣道等從發(fā)動機(jī)上撕扯出去并墜離飛機(jī)。整個風(fēng)扇部件甩出發(fā)動機(jī)后，由于低壓渦輪設(shè)有防止風(fēng)扇傳動軸斷裂時低壓渦輪轉(zhuǎn)子超轉(zhuǎn)的安全設(shè)計，因此沒有造成低壓渦輪轉(zhuǎn)子破裂的故障，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)也未造成二次損傷。

曠日持久的殘骸尋找過程

在一般故障分析工作中，找到關(guān)鍵的殘骸是首要條件。AF66事件發(fā)生后，找到風(fēng)扇轉(zhuǎn)子殘骸就成為一項至關(guān)重要的工作。按照國際慣例，飛機(jī)出現(xiàn)重大故障時，故障的調(diào)查分析工作由事件發(fā)生地所在國家、航空公司所在國家和飛機(jī)及發(fā)動機(jī)生產(chǎn)國家的適航部門，以及飛機(jī)與發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家等共同參與調(diào)查分析工作。參與AF66事件的殘骸尋找工作的部門有丹麥與格陵蘭島地質(zhì)勘探局（GEUS，格陵蘭島是丹麥王國的屬地）、丹麥?zhǔn)鹿收{(diào)查局（AIB DK）、法國航空事故調(diào)查局（BEA）、荷蘭奧爾胡斯大學(xué)與冰島搜索與救援團(tuán)隊等，由BEA統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)殘骸的搜尋與分析工作。

BEA根據(jù)飛機(jī)黑匣子的數(shù)據(jù)確定了飛機(jī)飛越格陵蘭島上空的飛行軌跡，并劃定了殘骸可能墜落的地區(qū)，面積約為120km2。這是一個荒無人煙、冰雪覆蓋且氣溫極低的地帶，墜落的殘骸難以用目視探測到。GEUS只能利用先進(jìn)的設(shè)備尋找風(fēng)扇轉(zhuǎn)子殘骸。

首先，由一架私人公司的達(dá)索“獵鷹”20飛機(jī)，裝上由法國研發(fā)的一套合成孔徑雷達(dá)（SAR）系統(tǒng)，在2018年4月飛行搜索3次后，確定了殘骸可能隱藏的區(qū)域，面積大約為3km×5km。

隨后，GEUS于2019年3月下旬開始了在冰面上的探測與尋找工作，他們攜帶了兩種在冰面上探測深埋在冰層下飛機(jī)殘骸的設(shè)備。一種是將測定地下水流動情況的瞬態(tài)電磁儀（TEM，由荷蘭奧爾胡斯大學(xué)水文地球物理研究所研制）安裝在雪橇上（如圖4 所示），在冰面上移動，探測冰面以下的情況，這個裝置被稱為SnowTEM；另一種是裝有探地雷達(dá)的機(jī)器人平臺（FrostyBoy，如圖5 所示），這套設(shè)備雖重達(dá)200kg，但在行走時給冰面的壓力卻很小。

利用這兩套能在冰面上移動的探測設(shè)備，調(diào)查人員在已劃定的15km2范圍內(nèi)來回探測。探測共歷時13周。其中的7周，工作組居住在冰蓋上搭建的露營帳篷中（如圖5所示），環(huán)境溫度為-35℃，時常伴有25 ～32 m/s的大風(fēng)，而且冰蓋上有大小不同的裂隙，也會有北極熊出沒，探測工作條件十分惡劣。

圖4 SnowTEM

圖5 FrostyBoy

圖6 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子殘骸

工作組于2019年6月29日探測到殘骸的位置，并用了兩天時間將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子殘骸挖掘出來（如圖6所示）。7月1日，BEA宣布，在AF66事件發(fā)生近20個月后，在格陵蘭島冰蓋下4m深處，終于挖出了這個重約150kg、體積為1m3大小的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子殘骸。

事故調(diào)查結(jié)果

隨后，這件殘骸被送往發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司。在BEA的監(jiān)督下，發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司對鈦合金的風(fēng)扇輪盤進(jìn)行了全面檢查。2019年8月初，BEA公布了檢查結(jié)果。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，在安裝葉片的輪盤榫槽槽底的中間位置，有一個表面下的疲勞裂紋起始點，輪盤在此處出現(xiàn)開裂，且斷裂仍在繼續(xù)發(fā)展。與此同時，發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司宣布，所有采用GP7200發(fā)動機(jī)的空客A380的用戶，要立即開展對發(fā)動機(jī)風(fēng)扇部件的檢查。

8月17日，F(xiàn)AA發(fā)布了適航指令，要求對用于空客A380的GP7200發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇輪盤榫槽槽底及榫槽前緣采用渦流檢查儀，檢查是否存在裂紋，同時目測整個風(fēng)扇轉(zhuǎn)子是否有損傷。這個適航指令從2019年8月30日生效，要求在2020年9月1日全部完成。8月23日，歐洲航空安全局（EASA）也發(fā)出了類似的適航指令。為了對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，需要將整個風(fēng)扇部件從發(fā)動機(jī)上拆下，甚至需要更換風(fēng)扇轉(zhuǎn)子部件，其費用約為79萬美元，一架空客A380有4臺發(fā)動機(jī)，為完成適航指令的要求，每架飛機(jī)將耗資300多萬美元。

目前，發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司尚未公布詳細(xì)的故障分析報告，有關(guān)故障的根源尚不清楚，完整的故障分析報告一般需一兩年后才能發(fā)布，但是從發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司對用戶的要求，以及FAA的適航指令的要求來看，GP7200發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇輪盤的確存在嚴(yán)重影響飛機(jī)飛行安全的重大故障隱患。

結(jié)束語

為找到揭示GP7200發(fā)動機(jī)故障原因的重要殘骸，調(diào)查人員歷經(jīng)近兩年的時間，采用了多種搜尋裝置和手段，克服種種困難，這在眾多的航空發(fā)動機(jī)故障分析工作中較為罕見，這種認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度和鍥而不舍的精神值得學(xué)習(xí)和借鑒。