澳航QF32航班A380严重受损事件

澳航QF32航班A380严重受损事件一起发动机非包容性故障报告人：崔莫含PPT制作：常赫资料收集：胡兴报告整理：李永广 1.事发经过2010年11月4日澳航的A380客机（注册号：VH-OQA）执行伦敦新加坡悉尼的QF32航班任务。飞机由新加坡起飞时，机上载有440名乘客及26名机组成员，大约在02:01（UTC），当飞机以463km/h的速度爬升到7 000英尺，飞越印度尼西亚巴丹岛时，突然传出了爆炸声，1min后，ECAM（飞机中央电子监控系）发出了43条表明飞机多个系统出现问题的信息，随后又出现10条信息，机组人员随即启动了ECAM系统处理程序。但在处理过程中，大部分问题无法恢复原有功能，飞机处于难以控制的状态图1. 当事航班ECAM显示（图片由机组提供）2.事故处置起初，ECAM发出的是2号发动机涡轮过热警告，30秒后，在02:02:00，ECAM报告2号发动机火警，正当机组选择对其进行关车时，ECAM报告2号发动机已经失效。随后，飞机折返回新加坡樟宜机场，在准备备降过程中，机组人员发现，只有3号发动机的反推装置可以使用，1、4号发动机只能在低工况状态下工作，所有前缘缝翼均失去控制，副翼和扰流板的使用也受到了限制，只有主起落架的防滑刹车系统可以控制，前轮转向也受到限制。ECAM系统还提示，在前机轮着陆之前，飞机无法实现最大程度的刹车制动，可能导致飞机冲出跑道。由于飞机空中应急放油系统失效，飞机油箱中的燃油依然较多，飞机着陆总重比规定值超出50t之多。机组人员用1/4号发动机维持飞机左右推力对称，着陆后只能用3号发动机的反推装置来减小飞机速度。在机组人员的精心操纵下，于03:46:47，这架损坏严重、难于控制的A380在距机场跑道尽头150m（跑道长4000m）处安全停住。此时，飞机左翼油箱仍然向下漏油，而主起落架的温度已升至900以上，为避免漏下的燃油碰到灼热的起落架引发火灾，救火人员立即向漏油处喷洒了泡沫灭火剂。当所有乘客安全撤离后，1号发动机仍然在运转，机组人员采取各种方法仍无法将其停车。后来消防人员向发动机内喷洒泡沫灭火剂才将其停车（如图2所示）。图2 消防人员向1号发动机喷洒泡沫灭火剂3.飞机受损情况事故发生时，位于左机翼内侧的2号发动机的中压涡轮盘突然爆破，断块以很大的离心力打穿涡轮机匣与发动机短舱（如图3所示），一块断块穿透左翼前缘，对机翼前缘结构、前翼梁和上表面造成了损伤（如图4、5所示）。一小块涡轮盘还穿透了左翼与机身之间的整流罩，打到机身结构以及飞机的电缆（如图6所示），电缆受损进而影响到了液压系统、起落架系统和飞行控制系统。断块还击中左翼下表面，使得2号发动机油箱和左翼内部油箱的燃油发生泄漏。2号发动机的吊架、1号发动机、机身左侧龙骨梁的连接部件和左翼纵墙也受到了损伤，此外飞机机身左侧也发现了残余碎片。由此造成多处飞机结构以及多个系统受损：液压绿系统处于低压力、流速慢状态，黄系统的4号发动机油泵发生故障，飞控系统发生故障，由此导致飞机缝翼不起作用，副翼只能部分控制，扰流板控制效果减弱，起落架控制和指示系统出现问题，刹车系统出现问题，发动机防冰和大气数据传感器出现问题，空中 图3 受损的2号发动机 图4 被打穿的左机翼 图5 受损的左机翼结构 图6 被打断的导线束图7 受损的引气管应急放油系统出现故障，飞机重心不合理，自动推力控制和自动着陆系统失效，1号发动机与发电机断开连接，左翼引气系统漏气，1号和2号交流电总线系统相关部件失效等。4.故障原因分析发生事故的A380客机装有4台罗罗（Rolls-Royce）公司的遄达（Trent）900发动机，该发动机是专为A380研制的，其涵道比8.78.5，总压比3739，推力为310360kN，采用三转子的总体布局：单级大直径的风扇由5级低压涡轮驱动，8级中压压气机由单级中压涡轮驱动，6级高压压气机由单级高压涡轮驱动。在QF32航班发生事故后，调查人员在印度尼西亚的巴丹岛上找到了破损的发动机中压涡轮盘的残骸（如图8、9所示）。该涡轮盘的轮缘和轮心发生了周向形变，说明曾经受到了 图8 落入民居的涡轮盘残片 图9 涡轮盘残片极大的离心力，断面显示了轮心位置的载荷超过了设计极限，并且断裂是从轮心想轮缘的方向发展的，其形貌与进行轮盘超转破坏试验中轮盘破裂后的断口相像，说明该中压涡轮盘是在大鱼设计转速较多的转速下运转时爆破的。对残骸发动机进行分解检查，发现装在高压/中压涡轮间承力框架内的高压涡轮后滚棒轴承与中压涡轮前滚棒轴承支座（如图10所示）上的一个滑油短管有疲劳断口（如图11所示）。该短管是安装滑油喷嘴前的粗油滤用的，这是罗罗公司研制的发动机中常用的设计。 图10 高/中压涡轮间承力框架内的轴承座 图11 滑油短管断口处对断裂的滑油短管断口处进行分析，发现断裂处有明显的疲劳条带，其断口属于典型的疲劳断裂。另外，对短管的尺寸进行测量，发现此短管加工时，未能保证管子外壁与内孔同心，造成管壁沿圆周壁厚不一致，其最薄处比设计值小0.5mm，形成强度较低的局部薄弱区。在发动机不断开车、停车中，由于在薄弱区存在的某些因素，例如有划痕或毛刺等，出现了初试裂纹，在继续工作中，裂纹逐渐发展最后导致断裂，滑油由此断裂处流入图10所示的被称为“缓冲腔”的A腔。当泄漏至A腔的滑油达到一定量时，滑油在高温作用下自燃，滑油燃烧时的温度很高，对中压涡轮轴加温，使中压涡轮轴的强度大大降低，最终将轴扭断。中压涡轮轴扭断后，中压压气机与中压涡轮断开，中压涡轮转子失去负荷，但燃烧室仍然在工作，高温高能的燃气继续流向中压涡轮工作叶片，使中压涡轮转子加速直至飞转，中压涡轮盘在极大的离心力作用下爆破，断块在极大的离心力作用下击穿机匣与短舱，形成了危害极大的非包容的中压涡轮盘爆破故障。如果在遄达900发动机中，设置防止中压涡轮转子飞转的措施，则不会发生此次对飞机造成严重危害的故障。5.事故结果此次事故中受损的A380在新加坡停场大修，历时18个月耗资1.39亿美元，包括更换四台新发动机、维修左翼，以及大量的地面和飞行测验，与2012年4月重新投入运营。修理时间之长与耗资之大，可以看出该飞机承受了难以置信的损坏，也是民航史上少有的飞机严重受损但无人员伤亡的事件。在2010年11月10日, 欧洲航空安全局（EASA）颁发一部紧急适航指令，要求使用遄达达900系列发动机的航空公司对其进行一系列频繁而严格的测试，包括地面慢车，第一级低压涡轮和封严的漏气检查，以及中高压系统结构空气缓冲腔和滑油管的检查。然而，在当月22日，EASA以调查尚未完成为由要求暂不执行部分条款，包括地面慢车检查和低压涡轮的检查。当月18日，空客宣布它可能会寻求罗尔斯罗伊斯对在澳航事件后造成的发动机重新分配所造成损失的补偿。在当年12月3日发布的，对于QF32航班发动机故障的班初步调查报告中，澳大利亚运输安全局大致叙述了已经采取的行动，包括发出了一个解决瑞达900潜在问题的安全建议。安全建议涉及到一个可能影响安全的制造上的问题：一些高压滑油管的埋头直孔没有对齐。这可能导致油管疲劳开裂、滑油渗漏、滑油起火，以及发动机故障。澳航称，按照罗尔斯罗伊斯公司在发动机故障之后建议的推力限制严重减少了有效载荷，使得其运营的航线无利可图。6.参考资料1.In-flight uncontained engine failure Airbus A380-842, VH-OQA. ATSB Transport Safety Report, Aviation Occurrence Investigation AO-2010-089 Final,2013.2.维基百科，罗尔斯罗伊斯遄达900.3.陈光.航空发动机结构设计分析（第2版）.北京：北京航空航天大学出版社，2014.4.Trent-900 Line and Base Maintenance.