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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。
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。
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。
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。
根据对更换下来的轮盘进行旋转试验的结果以及对有裂纹的轮盘的分析研究,认为轮盘损坏是由于下列两个原因造成的:其一是原材料的质量问题。根据统计,每根可制作两个轮盘的钛合金坯料,上半部与下半部的质量不一样:用上半部坯料(称为 A组)制作的轮盘质量较差,而下半部(称为B组)的质量较好;其二是加工中的残余应力在热处理后未能全部消除,从而降低了轮盘使用中的强度。
针对上述原因,罗·罗公司采取了以下措施。
(1)对轮盘分别对待。根据该公司的申请,英国民航局和美国FAA 同意将当时供应的轮盘分别对待:属 A组的,使用寿命限制为100次飞行循环;属 B组的,使用寿命延长到450次飞行循环(在达到300次飞行循环时,进行一次检查)。
(2)修订热处理规范。修订生产中的热处理规范,以降低轮盘加工后的残余应力值。
(3)修订验收规范。增加—个质量验收规范,即轮盘在进行最后检验之前,以全负荷与全速运转一定时间,以发现是否会在工作状态下出现裂纹。
(4)加大轮毂厚度。作为一个过渡措施,仍采用英国供应的毛坯,但加大轮毂厚度以减小其应力值。这种修改了设计的轮盘在故障发生后的2~3个月后交付使用。
(5)改用美国材料。作为根本的措施,是改用美国制作JT9D 与 CF6 发动机风扇盘的钛合金材料,即由美国魏迈·柯尔登公司供应轮盘锻坯。这种新的轮盘锻坯在当年7~8月定型,在年底装上发动机。
罗·罗公司在第2起事故发生后不到1.5个月的时间内基本查明了事故的原因,并相应采取了若干措施,在后来的使用中,再未发生由于材质及加工问题造成的类似事件,说明故障分析工作是得到了考验。但这两起轮盘事件也说明了 RB211 -22B涡轮风扇发动机还是存在某些严重问题的。
