航空之家■客机飞行中甩出风扇盘，罗罗RB211发动机的严重故障和改进措施|陈光谈航发291
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陈光/文
装有3台 RB211-22B三转子涡轮风扇发动机的L-1011“三星”大型宽体客机于1972年4月正式投入航线使用,L1011是世界上首批3种宽体客机(其他两型为波音747 与 DC 10) 中最晚投入使用的 。
罗·罗公司于1972年11月底公布了 RB211-22B飞行半年后的使用性能;在使用中的12架 L-1011客机上,发动机工作总时数为27000h,完成了8500次飞行循环,飞行中停车率为0.56次/1000EFH,提前更换率为0.67次/1000EFH 。
由于发动机提前换发率大大低于罗·罗公司原来保证使用一年后的1.1次/1000EFH,该公司对 RB211-22B的工作可靠性极为乐观 。 美国联邦民用航空局(FAA)基于上述事实,同意对 RB211-22B改为“视情”维护 。
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但是,到1972年年底和1973年年初,在相隔不到两周的时间内,在美国两条航线上先后发生了两起发动机风扇盘甩离机体的严重故障 。 这两起故障是:
1972 年12 月28 日,一架东方航空公司的 L-1011 从纽约起飞后,第3 号发动机(已工作250循环)的风扇盘损坏并甩离机体,坠入大西洋中;
紧接着,1973年1月10日,一架环球航空公司的 L 1011又发生了类似的事故,即第1号发动机(已工作200循环)的风扇盘损坏并打坏了机体的某些构件,坠入荒野 。 在两起故障中,飞机均安全迫降着陆,未造成人身伤亡事故 。
对第1起事件,罗·罗公司曾抱有侥幸心理,认为可能是某1批(共6件)风扇盘的问题;但第2起属于另1批的风扇盘紧接着发生事件,使幻想破灭,成了对该公司的一次重大冲击 。
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在 L-1011停飞数日后,美 FAA根据英国民航局和罗·罗公司的建议,决定更换所有L-1011上已超过对150次飞行循环的风扇盘 。 在第2起事故发生后5天,更换了新的风扇轮盘的 L-1011陆续重返航线 。
以150次飞行循环为风扇轮盘使用的限制时间,是根据航空公司积累的使用经验决定的 。 此限制大约相当于L-1011在正常航线上飞行5周 。
为了获得原始故障零件作为事故分析的根据,罗·罗公司租用了带有金属探测仪的直升机在第2起出事的航线上进行了细致的搜索,但由于气候不佳,没有找到残骸 。 此外,检查了发生事故的发动机残余部分,并未发现风扇叶片折断或因吸入飞鸟导致零件损坏的痕迹 。 因此,有关方面认为,事故的原因是风扇轮盘的问题 。
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RB211-22B 风扇盘的钛合金材料系由英国帝国金属工业公司提供,其毛坯由卡米诺钢铁公司锻制;风扇叶片锻造毛坯则由联邦德国优质钢公司供应的 。
在风扇盘故障分析与处理应急计划中,包括更换已积累150次飞行循环的全部轮盘,并送往美国太平洋航空发动机研究所以及英国德比工厂进行逐个检验;在德比工厂的旋转试验器上,对换下的轮盘进行试验以重现故障;全面检查轮盘由原材料到成品整个加工过程中各道工序的质量;在一架L-1011上,对风扇盘进行飞行中的应力测量等等 。
风扇盘原设计指标是2500次飞行循环 。 在试制中,轮盘皆在全负荷下作过120%的超转试验,由于离心负荷为转速的二次方,因此相当于转子在144%最大负荷下运转 。 在 RB211-22B取得适航证以前,曾对8个轮盘进行了平均8500循环的试验,个别轮盘达到15000次循环 。 为了测定飞行条件下的真实应力,这次又在一架改装的 L 1011上对贴有应变片的风扇盘进行飞行实测 。
实测结果表明,飞行条件下的应力稍高于设想值,但仍在设计值范围之内(在取得适航证以前,RB211-22B曾在改装的 VC10上进行过飞行试验,但这只是试验发动机的操纵性能,并未测定零件的应力) 。 根据在试验器上进行的试验和飞行试验,得出的结论是 RB211 22B 轮盘强度是够的 。 然而,在对更换下来的超过150飞行循环的轮盘全面检查后,发现其中10%的轮盘有裂纹 。
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