ATR-72飛機(jī)PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)在役過(guò)程中的孔探檢測(cè)（下）

2   發(fā)動(dòng)機(jī)AV0045空中停車的事故調(diào)查

2009年3月13日，ATR-72/B-3027飛機(jī)在執(zhí)行CZ6674航班時(shí)，左發(fā)（PW-127F/AV0045）發(fā)生空中停車事件。地面檢查發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子一片葉片斷裂，第二級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片全部被打斷。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)和孔探檢測(cè)，證實(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車是由于發(fā)動(dòng)機(jī)第1級(jí)功率渦輪葉片斷裂，并將下游部件打傷所致。

2.1   檢查發(fā)現(xiàn)的損傷

所有的第二級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從葉根部位置斷裂。

2-3點(diǎn)鐘位置的第二級(jí)功率渦輪導(dǎo)向器葉片斷裂，其它位置的導(dǎo)向器葉片均嚴(yán)重打傷。

有一片第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片從根部斷裂，其它轉(zhuǎn)子葉片后緣明顯打傷，但這些葉片的前緣均狀況良好。

低壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。

高壓渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器葉片狀況均正常。

進(jìn)氣道、低壓壓氣機(jī)和燃燒室狀況均正常。

左發(fā)尾噴管和隔熱護(hù)套均有損傷現(xiàn)象。

另外從跑道收集到了大量的金屬碎屑。

2.2   現(xiàn)場(chǎng)照片

圖5  左發(fā)2-3點(diǎn)鐘位置的第二級(jí)            圖6  功率渦輪殘片

功率渦輪導(dǎo)向器葉片斷裂             

2.3   該發(fā)動(dòng)機(jī)前期使用狀況調(diào)查

我們對(duì)空中停車發(fā)動(dòng)機(jī)（序號(hào):AV0045）近期孔探記錄進(jìn)行了復(fù)查:

2008年8月28日，孔探發(fā)現(xiàn)燃燒室外環(huán)多處燒蝕且其中有兩處有裂紋、燒洞，6點(diǎn)鐘方向的外環(huán)有材料丟失現(xiàn)象；一片高壓渦輪導(dǎo)向器葉盆處燒蝕并有裂紋；都在發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)手冊(cè)允許范圍內(nèi)。

 2008年11月8日，在上次發(fā)現(xiàn)的損傷基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)燃燒室外環(huán)7點(diǎn)鐘方向有兩處材料丟失現(xiàn)象，其它損傷沒有擴(kuò)展，都在發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)手冊(cè)允許范圍內(nèi)。

 2009年1月11日,孔探上次發(fā)現(xiàn)的損傷沒有擴(kuò)展

發(fā)動(dòng)機(jī)故障：2008年11月1日至今，AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)*記錄。

2.3.1孔探記錄

表2   孔  探   記   錄

2.4 空中停車后孔探照片

     圖7  第1級(jí)功率渦輪罩環(huán)     圖8  第2級(jí)功率渦輪導(dǎo)向器嚴(yán)重?fù)p傷

圖9   第2級(jí)功率渦輪葉片嚴(yán)重?fù)p傷

圖10    第1級(jí)功率渦輪葉片斷裂

在此之前的2007年04月10日和2007年05月23日，3022飛機(jī)的右發(fā)AV0033和3025飛機(jī)的右發(fā)AV0039在飛行停場(chǎng)后，車間維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)其漿葉被卡住不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)第2級(jí)功率渦輪葉片有不同程度的打傷。經(jīng)孔探檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部件，發(fā)現(xiàn)這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的損傷情況相似，其損傷是第1、2級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片嚴(yán)重打傷，導(dǎo)向器上部材料嚴(yán)重脫落，其中AV0039發(fā)動(dòng)機(jī)的第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片離根部1/3處斷裂。因此這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)先后返廠，廠家對(duì)損傷的原因正在研究，其結(jié)果待定。

1. 結(jié)合具體事例，針對(duì)性的提出解決問(wèn)題的議案

為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)再次損傷，南航新疆分公司和飛機(jī)維修基地領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次召開專題會(huì)，要求在廠家未提供相應(yīng)的檢查方法之前，應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的損傷情況和現(xiàn)有的孔探設(shè)備及孔探能力，對(duì)裝機(jī)后的PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查。孔探人員與工程技術(shù)人員按照各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的要求反復(fù)對(duì)損傷的情況、部位及檢測(cè)的圖片進(jìn)行分析，認(rèn)為造成發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p傷的直接原因是由于第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片因扭矩過(guò)大使葉片斷裂，將其它部位打傷所致。為了提前有效檢查到轉(zhuǎn)子葉片的損傷，避免造成二次損傷，終確定了結(jié)合飛機(jī)在做周檢時(shí)，對(duì)第1、2級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片及罩環(huán)進(jìn)行孔探檢測(cè)，重點(diǎn)檢查第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片上的裂紋缺陷。該項(xiàng)工作已完成孔探20臺(tái)/次，未見損傷。目前在沒有得到廠家的檢查要求之前孔探工作仍然繼續(xù)進(jìn)行。

就此我們孔探部門專門打報(bào)告，就目前孔探存在的問(wèn)題談了我們的認(rèn)識(shí):

2.5.1  關(guān)于PW127F發(fā)動(dòng)機(jī)的孔探培訓(xùn)的報(bào)告

PW127F發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用已十年有余，凡其重大故障的監(jiān)控和排除都與孔探檢測(cè)有著密不可分的聯(lián)系。僅在1998－1999年由孔探發(fā)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷而吊下發(fā)動(dòng)機(jī)就有十余臺(tái)。通過(guò)系統(tǒng)的分析和建議，使發(fā)動(dòng)機(jī)廠家改進(jìn)材料和工藝，其性能得到改善。但我們的孔探人員并沒有得到專業(yè)上的指導(dǎo)與培訓(xùn)，就此我們?cè)蛴嘘P(guān)部門反映并寫過(guò)專門的申請(qǐng)。到目前為止，我們的孔探人員只是通過(guò)現(xiàn)有工藝和平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累逐步形成一套孔探的方法，在日常的孔探檢測(cè)中始終保持認(rèn)真負(fù)責(zé)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度來(lái)完成孔探工作，但這并不能說(shuō)明孔探人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掌握。今年（2007）4月和5月PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)兩起第1、2級(jí)功率渦輪及導(dǎo)向器被嚴(yán)重打傷，至今都沒有一個(gè)明確的分析報(bào)告。這說(shuō)明孔探人員需要對(duì)PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)和觀摩，以便更好地在檢查中發(fā)現(xiàn)損傷缺陷，為分析損傷性質(zhì)，提供可靠的依據(jù)。

1.   造成AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車的直接原因

上述事件發(fā)生后，以上兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)返廠分解，并將相關(guān)部件送P&WC公司進(jìn)行調(diào)查，終調(diào)查結(jié)果是：由于葉片根部葉背中央部位存在金屬晶體間隙，并由這個(gè)晶體間隙開始產(chǎn)生疲勞并且擴(kuò)展，終造成周圍區(qū)域拉力過(guò)載而斷裂^〔1〕。（事實(shí)證明我們沒有很好的掌握對(duì)1級(jí)功率渦輪及導(dǎo)向器的孔探檢測(cè)方法）

2.6  調(diào)查后采取的措施

2009年3月13日的空中停車，還是第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片斷裂，造成第二級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片嚴(yán)重?fù)p傷引起的。這引起了上級(jí)主管部門的嚴(yán)重關(guān)切（高度重視）。為了對(duì)此次發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車事件的原因做進(jìn)一步調(diào)查，同時(shí)對(duì)AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)修理范圍、維修成本進(jìn)行必要的控制和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)包修廠家的整體質(zhì)量與技術(shù)控制體系進(jìn)行一次綜合評(píng)估，我們建議公司結(jié)合此次AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)送修，派遣相關(guān)工程技術(shù)人員組成監(jiān)修組進(jìn)行監(jiān)修工作。并且對(duì)AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)修組主要任務(wù)提出了要求：

2.6.1  對(duì)AVIO公司^〔2〕的整體質(zhì)量控制體系進(jìn)行核查，確認(rèn)其整體質(zhì)量控制體系沒有大的疏漏；

2.6.2  對(duì)AVIO公司的工程控制體系進(jìn)行核查，并根據(jù)核查情況提出具體的建議和今后的合作意向；

2.6.3  與AVIO公司就此次發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車事件共同對(duì)新疆ATR機(jī)隊(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估，并協(xié)商安排后續(xù)的工程管理控制措施，以短時(shí)間消除機(jī)隊(duì)運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)；

2.6.4  在發(fā)動(dòng)機(jī)完成分解后，實(shí)地檢查AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的具體損傷狀況，提供和完善發(fā)動(dòng)機(jī)孔探的實(shí)施方案，明確AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)的修理范圍，對(duì)修理費(fèi)用進(jìn)行有效控制。

2.7   B-3027飛機(jī)左發(fā)（AV0045）空停的相關(guān)報(bào)告

南航新疆分公司飛機(jī)維修基地將斷裂的和其它打傷的第1級(jí)功率渦輪葉片送往普惠-加拿大實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)普惠公司提供的檢查報(bào)告^〔3〕，目視檢查有一片葉片從葉根處斷裂，這片斷裂葉片（SN=HMB78344）的殘余翼型后緣自平臺(tái)高度約0.175英寸，前緣自平臺(tái)高度0.250英寸。

根據(jù)普惠-加拿大提供的實(shí)驗(yàn)室分析、化驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片的斷裂原因如下：

這個(gè)在平臺(tái)附近斷裂的第1級(jí)功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片，首先是在葉片后緣尖部?jī)?nèi)部形成疲勞源，然后朝葉片前緣區(qū)域擴(kuò)展，后在旋轉(zhuǎn)離心負(fù)載的因素下導(dǎo)致斷裂。

不能確定機(jī)械損傷和材料異常和形成這個(gè)疲勞裂紋的原因有關(guān)。

這個(gè)斷裂的第1級(jí)功率渦輪葉片，可能和LCF（低循環(huán)疲勞）因素有關(guān)。

  圖11  斷裂的和其它打傷的          圖12  序號(hào)為HMB78344葉片的斷面

           第1級(jí)功率渦輪葉片

這片斷裂葉片靠后緣位置的斷層區(qū)域顯示出了較深的顏色并且斷面比較平整，這種較深的顏色表明受到氧化后變色，也就說(shuō)明這個(gè)斷面曾經(jīng)在燃?xì)庵斜┞读艘欢螘r(shí)間。前緣斷面較淺的顏色說(shuō)明相對(duì)于后緣的斷面，是新形成的。

圖13  斷裂葉片靠后緣位置           圖14  前緣斷面較淺的顏色

通過(guò)電子顯微鏡檢查發(fā)現(xiàn)后緣斷裂區(qū)域從后和向前位置有稍微不同的斷裂形態(tài)，后緣葉尖區(qū)域的斷面分布形態(tài)由沒有明顯特征的晶狀表面構(gòu)成，符合低循環(huán)疲勞裂紋傳播特點(diǎn)并能夠說(shuō)明疲勞裂紋的來(lái)源。在這個(gè)區(qū)域沒有現(xiàn)象表明有撞擊和冶金制造方面的問(wèn)題。

   圖15  發(fā)現(xiàn)后緣斷裂區(qū)域                 圖16劃圈區(qū)域顯示出從晶面疲勞

符合低循環(huán)疲勞裂紋傳播特點(diǎn)        區(qū)域向葉片前緣發(fā)展的河狀線。

通過(guò)電子顯微鏡放大的劃圈位置，顯示出從晶面疲勞區(qū)域向葉片前緣發(fā)展的河狀線。

圖17  顯示出疲勞向前緣發(fā)展的過(guò)程  圖18  圈1處 金屬金相檢查在吸力邊

 的表面涂層有一條裂紋進(jìn)入了葉片

使用電子顯微鏡掃描的圖15圈區(qū)域斷層面上，顯示出了很多海灘層疊狀痕跡，它們能顯示出疲勞向前緣發(fā)展的過(guò)程。

在葉片中部區(qū)域的斷裂表面，顯示出了由于超載導(dǎo)致的漣漪狀斷層，前緣區(qū)域也顯示出了因超載導(dǎo)致的樹杈狀斷層。

在葉片后緣斷裂的晶體表面有一個(gè)交叉的部分，金屬金相檢查在吸力邊的表面涂層有一條裂紋進(jìn)入了葉片，并且有一個(gè)在限制范圍內(nèi)的孔隙（圈2），在壓力邊的表面涂層還有一些腐蝕（圈3），在斷裂區(qū)域的表面沒有發(fā)現(xiàn)制造上的缺陷。

這個(gè)斷層區(qū)域的顯微結(jié)構(gòu)顯示到微克級(jí)別的主要結(jié)構(gòu)沒有受到高溫影響的證據(jù)。使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的半定量電子顯微-能量、光譜色散分析這個(gè)功率渦輪葉片，顯示葉片的主要合金材料的成份符合要求。通過(guò)光學(xué)檢查其它的功率渦輪葉片靠近平臺(tái)區(qū)域的后緣，顯示只有裂紋和打擊損傷有關(guān)，這些其它葉片應(yīng)該是在二次損傷的作用下斷裂的。

2.8  信息的反饋與孔探人員培訓(xùn)的重要

孔探人員根據(jù)金相顯微分析從中可以得到哪些方面的信息呢？以上述結(jié)論為列：第1級(jí)功率渦輪葉片的斷裂如果是材料及加工工藝方面的問(wèn)題，其損傷有可能是以晶界延展的形式展開的，這種損傷形態(tài)的變化具有很大的不確定性，孔探很難有效地監(jiān)控。制造廠家必須從根本上消除損傷的隱患。

如果第1級(jí)功率渦輪葉片的斷裂是因?yàn)椴牧掀诋a(chǎn)生的裂紋引起的，孔探則是有效的監(jiān)控手段。但是廠家必須給予必要的指導(dǎo)，以便孔探人員準(zhǔn)確的有效的實(shí)施監(jiān)控。在這方面我們孔探人員沒有得到有效的指導(dǎo)和培訓(xùn)，致使我們不能熟練地、有效地觀察到可變地、有損傷部位的發(fā)生和發(fā)展。（從熱電偶孔看）

自引進(jìn)該型號(hào)的飛機(jī)以來(lái)，PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)就沒有得到有效的培訓(xùn)，孔探技術(shù)人員其責(zé)任使得他們通過(guò)實(shí)踐不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，而經(jīng)驗(yàn)的獲得需要一個(gè)時(shí)段的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)培訓(xùn)得到縮短。以至于我們?cè)诤荛L(zhǎng)的時(shí)段里不能很好的把握孔探檢測(cè)的技能及損傷部位的界定。

就孔探檢測(cè)而言，同一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的交流是必要的，但就PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，其特殊性使得我們無(wú)法在國(guó)內(nèi)通過(guò)交流而得到提高，唯有把受損傷的發(fā)動(dòng)機(jī)送到修理廠家進(jìn)行熱檢和大修時(shí)，可相應(yīng)了解發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及損傷的狀況并對(duì)今后的孔探檢測(cè)提出相應(yīng)的針對(duì)性規(guī)范和要求（送修發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)派相應(yīng)的工程技術(shù)人員監(jiān)察）。多次的要求，多次的打報(bào)告，上級(jí)主管部門并沒有給予明確的答復(fù)。當(dāng)AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，才派了一名孔探人員參與(而這已經(jīng)是12年以后的事了)。因此可以這樣說(shuō)，上級(jí)部門主管的重視是孔探人員提升技術(shù)要素的關(guān)鍵，這一問(wèn)題隨后在南航的的幾次空停后得到了驗(yàn)證，孔探的培訓(xùn)及技術(shù)交流得到了明顯的改善，美國(guó)波音787飛機(jī)、巴西航空工業(yè)公司E-190飛機(jī)到位的前期，孔探人員就得到了培訓(xùn)。中華人民共和國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-航空器無(wú)損檢測(cè)-孔探人員資格考核與認(rèn)證培訓(xùn)也已經(jīng)在實(shí)施中。

3   發(fā)動(dòng)機(jī)孔探、視情監(jiān)控與維修成本控制

發(fā)動(dòng)機(jī)各部件：如高壓、低壓、風(fēng)扇葉片，熱部件（燃燒室、高、中、低壓渦輪葉片）是允許有損傷的，并在發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊(cè)中規(guī)定了其損傷容限。我們知道損傷的擴(kuò)展是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，在不增加維修成本的前提下，提高平均故障工作時(shí)間，降低飛機(jī)的營(yíng)運(yùn)成本，是我們必須注重的環(huán)節(jié)，因此把握損傷發(fā)展的過(guò)程確是非常之關(guān)鍵。隨著損傷的逐漸擴(kuò)展，要隨時(shí)調(diào)整監(jiān)控的時(shí)間間隔，預(yù)防損傷的突變，以確保飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全有效，孔探檢測(cè)在這里起著至關(guān)重要的作用。

這里我們以PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)AV0045為例：此發(fā)動(dòng)機(jī)在2003年7月8日送修，（飛行總小時(shí)6864h/起落5328架次）送廠大修，2003年8月25日修理返回，同年11月23日吊上3026飛機(jī)使用，直至發(fā)動(dòng)機(jī)2005年2月4日被吊下。以下是我們的孔探記錄。

表3  孔   探   記   錄

2005年2月4日因6、7號(hào)軸承腔泄露滑油返廠修理，（總飛行小時(shí)：10113:35/總起落8327架次、修理后飛行小時(shí)3249:32/飛行起落2999架次）

     從孔探記錄中可以看出，隨著熱部件損傷部位的不同，損傷程度的不同，損傷發(fā)展速率的不同，我們隨時(shí)調(diào)整孔探檢測(cè)監(jiān)控的時(shí)間間隔，以預(yù)防損傷的突變。

結(jié)束語(yǔ)：

十四年來(lái)ATR 飛機(jī)在役營(yíng)運(yùn)總算有了圓滿，當(dāng)我們反思十四年維護(hù)的過(guò)程，有得所思：

專業(yè)技能的培訓(xùn)是十分必要的，但這里存在一個(gè)誤區(qū)。這個(gè)問(wèn)題到現(xiàn)在都沒有引起主管們的足夠認(rèn)識(shí)。現(xiàn)行的孔探培訓(xùn)一般都是在新發(fā)動(dòng)機(jī)上教程的，隨后就要靠自我的長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累。這種長(zhǎng)時(shí)間的自我經(jīng)驗(yàn)積累極大的延緩了掌握孔探經(jīng)驗(yàn)及綜合技能的時(shí)機(jī)。從PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)的過(guò)程中就說(shuō)明了這一點(diǎn)。培訓(xùn)要切合實(shí)際，要與相關(guān)的單位取經(jīng)交流，要定期到相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)維修廠家分解實(shí)習(xí)，以便使得孔探專業(yè)技術(shù)人員對(duì)各個(gè)熱部件的損傷形態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)、認(rèn)識(shí)判定有一個(gè)全面的結(jié)構(gòu)上的理解。

對(duì)于單一多發(fā)的損傷，一定要與發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠家反應(yīng)，堅(jiān)持找到解決的方案。PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻環(huán)損傷的終解決就是一個(gè)典型的范例。

突發(fā)故障一定要同專業(yè)主管技術(shù)人員溝通分析，找出發(fā)生故障的原因。從專業(yè)的角度闡述對(duì)故障的認(rèn)識(shí)和看法，要說(shuō)明自己的觀點(diǎn)。我們?cè)贏V0045發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車前兩年就打過(guò)該損傷的專題報(bào)告，事后證明我們的分析是有道理的。

孔探專業(yè)技術(shù)人員可以在控制損傷擴(kuò)展、維修成本控制、預(yù)測(cè)大修及修理費(fèi)用等方面做許多的工作。他們也可以參與到發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件損傷機(jī)理的分析中來(lái)。PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)AV0045發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車過(guò)程的全過(guò)程參與，使得我們的孔探專業(yè)技術(shù)人員從更深的層面得到了提高。

注1   P&WC公司的事故調(diào)查報(bào)告

注2  AVIO公司是國(guó)外一家PW-127F發(fā)動(dòng)機(jī)大修公司   

1. 普惠公司-加拿大實(shí)驗(yàn)室提供的檢查報(bào)告