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中压涡轮工作叶片腐蚀断裂导致787梦幻客机发生重大故障

2020-07-04 10:56

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创陈光航空之家

陈光/文

787“梦幻”客机是波音公司于21世纪初研制的、满足21世纪绿色航空要求的、载客量为242-335座的双发客机（图9），于2011年10月26日投入航线运营。

787客机可使用两型发动机，即英国罗罗公司的遄达1000与美国GE公司的GEnx，两型发动机可在任意地方、任何时间互换，这是以前所有客机都不具备的能力。另外，以往的客机都是由发动机高压压气机中引出高压空气，对飞机座舱增压，由发动机附件传动装置驱动液压泵的。

但是在787中一改以往的设计，改为由发动机通过附件传动机匣驱动两台大功率（每台250千瓦）的变频交流发电机，驱动向座舱供高压空气的空气压缩机，并驱动液压泵。

图9、787“梦幻”客机

787所用的两型发动机，在投入运营前、后均发生过一些重大故障，有些故障造成的影响还比较深远。

遄达1000的故障：中压涡轮轮盘在试车中发生非包容爆裂故障

在遄达1000还未交付使用前的2010年8月2日，在试车台试车时，由于发动机内部滑油自燃燃烧，造成中压涡轮轮盘非包容的严重故障，轮盘断块击穿机匣，打坏了试车台的一些设备。由于出了这次重大故障，使787的交付时间己一再延误后的情况下，再一次后延。

这次故障类似前述的QF32事件中的故障，均是由于位于高、中压涡轮轴承座油腔的滑油自燃，燃烧的高温使中压涡轮轴失去强度断裂所造成的。但其起因不同，QF32事件中是由于滑油短管加工不到位造成的，遄达1000则是由于中压涡轮轴与中压压气机轴的联轴器设计与制造有疵点，造成工作中中压涡轮向后移，轴承腔前、后封严装置失效，高温气体流入轴承腔，使腔中滑油自燃，最终造成断轴的，幸亏这次故障发生在地面试车台试车时，对飞机未造成损伤。

从2011年10月遄达1000投入使用后，波音787的重大故障不断发生，例如2012年7月，由于换向齿轮箱中的锥形齿轮出现腐蚀，日本全日空航空公司停飞了5架787。

又如2016年11月26日，一架载有357人的斯库特（Scoot）航空公司的787-9执行由悉尼开往新加坡的航班任务，在悉尼起飞爬升过程中由于中压压气机第1级工作叶片断裂故障造成发动机空中停车，随后飞机在单发工作下安全降落。经检查此故障是由于叶片榫根处产生了裂纹引起的。

在这次事件后，又相继发生了两起类似的故障，2018年初，罗罗公司根据适航部门的建议，重新设计了中压压气机1级工作叶片。再如，2016年初，中压涡轮工作叶片隔热涂层过早脱落，造成叶片在硫的腐蚀作用下断裂的故障，则是一个影响深远，多家航空公司为此停飞多架787，不仅对使用遄达1000发动机的航空公司、而且对生产该发动机的罗罗公司造成了巨大经济损失的重大故障。

中压涡轮工作叶片腐蚀断裂故障，遄达1000的涡轮中有1级高压涡轮、1级中压涡轮与6级低压涡轮组成（图10）。

图10、遄达1000涡轮部件

2016年日本全日空（ANA）航空公司的787遭受了3次遄达1000中压涡轮工作叶片腐蚀断裂的重大故障，三次事件中飞机均安全着陆。全日空航空公司是787的首家用户，共拥有50架787，所用发动机均为罗罗公司的遄达1000发动机。

在三次事件后，罗罗公司称由于中压涡轮工作叶片的涂层早于预定的寿命而脱落掉块，使工作叶片直接与高温燃气接触，遭受到硫的腐蚀而断裂。由于要更换叶片使飞机停飞，造成全日空取消了300多个航班，为此罗罗公司仅为前面9个取消的航班就向全日空航空公司支付了53万美元补偿金。

罗罗公司在全日空事件后，并未发觉事态的严重性，认为出现的问题只限于全日空机群中的一小部分。但是事与愿违，随后，多家航空公司如英国维珍大西洋航空公司、泰国航空公司、英国航空公司与新西兰航空公司等用遄达1000为动力的787接连不断地出现中压涡轮工作叶片腐蚀断裂的事件。

图11、第6级低压涡轮工作叶片打坏的情况

例如2017年12月7日一架新西兰航空公司的787执行由奥克兰飞往日本的NZ99航班，机上载有268名乘客与14名机组人员，起飞不久后，一台发动机停车，飞机用一台发动机返回奥克兰机场。对故障发动机检查后，引起发动机空中停车的原因就是中压涡轮工作叶片腐蚀断裂造成的。

中压涡轮工作叶片1、2片断裂后，其断片会随气流向后流出，到高速旋转的低压涡轮第1级工作叶片时，又会打坏低压涡轮1级工作叶片，这些叶片的断片与中压涡轮叶片断片一起继续向后流动，又打环第2级低压涡轮工作叶片，像多米诺骨牌效应一样，一级一级的断片打向后排的叶片，使后几级的叶片受损的越来越多，最后末级（即第6级）叶片基本全部被打坏，图10示出了末级叶片打坏的情况。好在这些叶片断片质量轻，承受的离心力小，所以没有造成非包容的严重故障。