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调查报告 | 螺刀头遗留在发动机导致失速冒火[复制链接]
发表于 2021-8-18 16:50:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
一架Jetstar空客A320-200,注册号为VH-VFF,执行JQ-930航班,从昆士兰布里斯班飞往昆士兰凯恩斯(澳大利亚),正加速滑跑从布里斯班01L跑道起飞,在速度大约40节时,右发(V2527)出现失速指示并且飞机右偏。机组中断起飞并将飞机停在跑道上。


塔台通知机组人员,他们看到右侧发动机有火光,另一架飞机的机组人员报告说看到右侧发动机有火焰。

消防部门到场并检查后,飞机随后滑行到停机坪。

目视检查发现右发的尾喷管中有碎屑。孔探检查显示,发动机的一些压气机叶片叶尖损坏,需要换发。

澳大利亚TSB对这起事件展开了调查。


2021年8月16日,ATSB发布了最终报告,总结出事件的可能原因如下:

  • 遗漏在放气活门整流罩螺钉或引气管内的一个螺丝刀头,穿过右发的高压级叶片(HPC),然后卡在燃烧室。打伤了HPC静子和转子叶片。


  • 在HPC静子和转子叶片受损位置产生疲劳裂纹,其中一个裂纹慢慢发展至叶片断裂。这导致发动机的二次损伤和起飞时的喘振。


报告原文:
https://www.atsb.gov.au/media/5780057/ao-2020-058-final.pdf



01.安全概述Safety summary

发生了什么
What happened

2020年10月23日上午,捷星航空公司的一架空客A320-232,执行从布里斯班飞往昆士兰凯恩斯的航班。当飞机起飞滑跑时,机组感觉到震动,并且听到“砰砰”的声音,频率和音量迅速增加。与此同时,尽管飞行员向左蹬方向舵脚蹬到底,飞机还是向跑道中心线右侧偏离。机长立即选择了拉出反推,使飞机停了下来。

机上的一些乘客、布里斯班空中交通指挥塔台的一名控制员以及随后一架飞机的机组人员都报告说,他们看到右发突然冒出火焰。飞机滑行回机坪。机务随后报告说,在右发的尾喷管中发现了金属碎片。

在发动机分解时,发现高压压气机(HPC)严重损坏,燃烧室发现了螺丝刀头。


ATSB发现了什么
What the ATSB found

确定螺丝刀头已经在发动机中飞了100多个航班。ATSB得出结论,维修工作后,螺丝刀头遗留在发动机中,当发动机运行时,进入HPC,在许多转子叶片和静子叶片上留下凹痕和刻痕。其中至少有两个缺陷引发了疲劳裂纹,导致叶片在起飞过程中断裂。飞出的叶片对HPC造成更大的损坏,发动机出现喘振。


因此做了什么
What has been done as a result

由于事件的发生,捷星航空公司向其维修工程师发出了安全警报,强调必须清点所有工具。还进行了风险评估,以更好地了解持续的风险。


安全信息
Safety messages

工具管理是维修过程的重要组成部分,确保不会导致FOD。

小的和看似无关紧要的工具,可能会并且已经造成重大事件或事故。工具管理应扩展到伪耗材,如螺丝刀头和钻头。

现代训练方法包括使用高保真训练设备,如全动飞行模拟器。它们的设计旨在最大限度地提高人工环境的真实感。然而,它们复制极端事件的能力是有限的。飞行机组应意识到,实际发动机故障产生的噪音和振动可能大于或不同于模拟机训练期间所经历的噪音和振动,这可能导致惊吓效应。



02.事件调查The investigation


事件发生
The occurrence

2020年10月23日上午,捷星航空公司的一架空客A320-232,执行从布里斯班飞往昆士兰凯恩斯的航班。副驾驶是操纵飞行员(PF),机长是监控飞行员(PM)。

推出后,飞机开始滑行,按计划在01L跑道起飞。机组人员在滑行过程中完成了起飞前检查。在接近跑道时,获得起飞许可,飞机并在没有停下的情况下,推力手柄设置为灵活(Flex)。

机组报告说,当两台发动机都达设定的起飞功率时,可以听到频率和音量迅速增加的振动和“砰砰”声。与此同时,尽管副驾驶左方向舵踏板完全踩下,飞机还是向跑道中心线右侧偏离。机长立即选择了反推,并将飞机停下来。飞机的最大地速达到了30节。

将推力杆收回慢车后,振动减弱,“砰砰”声停止。飞机仪表发出两个主警告警报,ECAM报告了2发(右)“STALL(失速)”和“EGT LIMIT EXCEEDANCE(EGT超限)”两条信息。机长通知客舱乘务员要返回航站楼。

客舱乘务员向机组人员转达,乘客们看到右发喷出火焰。机场塔台控制员和随后一架飞机的机组人员都报告说,在短时间内看到火焰从右发后部冒出。塔台派出了机场救援和消防服务人员,他们没有发现飞机出现明显异常。

飞机滑行回机坪。乘客下机后,机务报告说,在右发的尾喷发现了金属碎片。对记录数据的分析表明右发出现了喘振。



飞后检查
Post-flight Inspections

在翼检查
On wing inspection

对右发孔探检查发现HPC 3、5、6、7、8和9级有异物损伤(FOD)。由于损伤超出AMM限制,发动机从飞机上拆下并进行分解检查。



分解检查
Teardown inspection

发动机拆解后,有以下发现和异常:

  • 风扇叶片和LPC没有可见损伤


  • LPC放气活门机构的后整流罩在位,但有一个Torq-set(万字头) 固定螺钉头部损坏。测试表明,由于损坏,螺丝刀头也可以接受Phillips(十字)螺丝刀头。


注:空客A320FAM系列飞机上的螺钉大多为万字头(斜十字头,偏置十字头,'法西斯头',TORQ-SET),比起十字头的优点:增加了扭矩传递。缺点:易装难拆。

  • 在HPC部分,第3级和第4级的转子叶片和静子(叶片)有凹坑和轻微撕裂。


  • 大约一半的HPC 5级叶片和整个HPC 6级叶片因疲劳循环而缺失和断裂。剩余的第5级叶片中的一些出现叶尖卷曲、凹坑和/或材料缺失。

▲HPC5级叶片疲劳断裂

▲HPC6级叶片疲劳断裂

  • 四个HPC7级叶片和一个HPC 8级叶片有材料缺失,并因应力过大而断裂。所有剩余的均出现本体损伤,导致前缘和后缘严重弯曲和撕裂。一个HPC 8级叶片包含一个独特的六边形凹痕。

▲螺丝刀头和独特印记

  • 第7级和第10级放气活门滤网含有大量金属碎片。


  • 在燃烧衬套和发动机壳体之间发现小金属碎屑和¼“六角驱动螺丝刀刀头(螺丝刀头)。由于受热和机械损伤,螺丝刀刀尖烧焦/变色,刀尖腐蚀。


  • HPT进口导向叶片(NGV)冷却通道含有小金属碎屑。


  • 两个1级HPT叶片因材料冲击在而前缘出现刻痕。


  • 在整个LPT中发现小碎片。


发动机修理厂进行了失效分析。断裂的5级叶片在中间处显示出轻微的前缘机械损伤,由此引发了疲劳裂纹,该裂纹扩展到长约三分之二的弦长。其余三分之一因材料应力过大而断裂。

断裂的6级叶片在翼型根部附近出现撕裂,撕裂深度约为10%。这引发了一个疲劳裂纹,该裂纹在距离后缘2 mm处结束,剩余材料显示出材料应力过大的特征。

两个疲劳断裂表面都显示出与高频载荷谱一致的细条纹,可能来自空气动力振动。虽然没有进行疲劳增长率分析,但基于类似的情况,估计部件需要数十个飞行循环才能失效。


飞机维修计划
Aircraft maintenance program

飞机维修计划要求每4000飞行小时润滑LPC放气活门机构,其中需要拆除活门的整流罩。该项工作是在发动机喘振之前的112个飞行循环完成的。这项工作与许多其他工作一起进行,作为飞机停放约4个月后恢复使用的准备工作的一部分。

LPC放气活门机构工作程序中包含关于放气管道下任何螺钉或其他松散物体丢失的特别注意说明。该说明强调,丢失的物品将进入HPC并损坏动叶和静叶。因为在发动机起动和慢车期间,放气活门打开。


起飞时发动机失效
Engine failure during take-off

两名飞行员都表示,这一事件的意外发生、喘振声的音量,特别是振动水平,使他们感到震惊。此外,飞行员报告说,尽管使用了全左方向舵,飞机仍向跑道中心线右侧偏离。两位飞行员都表示,噪音和振动远比他们在模拟机训练课程中练习类似科目时所经历的严重。

飞行机组培训包括许多不同的故障场景。作为飞行的一个特别关键的阶段,起飞需要进行广泛的培训,包括涉及高速中断起飞(RTO)和V1后发动机故障继续飞行。一名机组说,他们从未在发动机故障的情况下进行过低速RTO。

对于高速时发动机故障,机组人员接受过培训,以识别故障并通过使用方向舵保持跑道方向,方向舵在高于VMCG的速度下有效。然后继续或中断起飞。如果中断起飞,则通过使其余发动机慢车来减小推力不对称。

低速RTO是指发生在VMCG以下的RTO,此时飞机的方向舵不足以抵抗较大的推力不对称,因此如果继续,飞机将偏离跑道中心线无法控制。这种情况下通过差动刹车和迅速将发动机收回慢车来抵消,从而减少或消除推力不对称。

低速RTO虽然被认为不太危险,因为它们发生在较低的速度,但会导致失去方向控制。与跑道中心线的横向偏离可能大于高速(>VMCG)发动机故障的情况,并且如果飞机偏出跑道一侧,可能会造成相当大的损坏。


相关事件
Related Occurrences

ATSB investigation (199800615)

1998年2月28日,在起飞后约100英尺的高度,一架波音767的机组人员报告说听到了一系列响亮的撞击声,右发动机排气温度指示器迅速上升到红色范围。右推力杆收回到慢车,温度指示恢复正常。ATC还观察到飞机起飞时右发发出一系列闪光,并宣布出现紧急情况。机组人员返航回机场,安全降落。

孔探检查显示,第13级压气机叶片严重损坏。随后拆下发动机进行进一步检查,结果在发动机核心机发现一个快卸十字螺丝刀头。

航空公司报告说,事件发生在飞机做完A检后的第一个航班。螺丝刀头可能通过VBV进入发动机,当发动机不工作时,VBV打开。




03.安全分析Safety analysis
HPC段的损伤和燃烧室中发现的螺丝刀头,与螺丝刀头从LPC放气管路进入、穿过级间管道并进入HPC一致。LPC没有损坏,表明该螺丝刀头不是跑道上的FOD。

放气活门流罩螺钉的损坏意味着螺丝刀头可能留在螺钉中,或者在维护过程中掉进了放气管路中。在接下来的发动机启动时,它穿过HPC段撞击各种部件,在某些情况下留下见证标记,然后卡在燃烧室附近。

证据表明,疲劳裂纹是由5级叶片和6级叶片打伤引起的。由于空气动力和振动以及叶片的离心力,这些裂纹一直扩展到达到临界尺寸。由于发动机喘振事件发生在起飞功率的加速过程中,因此叶片更有可能首先由于离心加速度的增加而发生断裂。

无论动叶或静叶哪一个首先发生断裂,其中一个都会撞击另一个,然后两者都会造成下游损坏,包括另外五个HPC叶片的断裂。由此造成通过HPC的气流中断导致发动机喘振,并导致发动机性能损失。



04.发现Findings

根据现有证据,就发动机功率损失得出以下结论。

促成因素:

  • 螺丝刀头(位于放气活门整流罩螺钉上或左侧放气管道内)穿过右发的高压压气机(HPC)段,然后卡在燃烧室段。这导致HPC动叶和静叶打伤。


  • 疲劳裂纹在至少一个HPC叶片受损位置萌生,其中一个裂纹扩展至断裂。这导致发动机的二次损坏和起飞时的喘振。




05.安全措施Safety actions
捷星航空公司的安全措施
Safety action by Jetstar Airways

由于这起事件,捷星航空公司:
  • 捷星飞机维修部向维修工程师发出了安全警报,强调必须要清点所有工具
  • 进行了风险评估,以更好地了解持续性的风险


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