空客A380巡航途中，GP7200风扇部件发生甩离发动机重大故障分析
航空之家AH2020-01-01 18:18
陈光/文
2017年9月30日，一架拥有4台GP7200发动机的A380大型客机（属于法国航空公司）执行巴黎至洛杉矶的AF66航班，机上载有乘客497人，乘务人员24人。
当飞机飞越格林达岛上空时，在帕缪特东南方150km处，飞机上的4号（右外侧）发动机的风扇大部部件包括发动机进气道甩离发动机（图1），风扇等部件甩离发动机时，未对飞机结构造成损伤，飞机在其余3台发动机推动下，平安降落在加拿大的鹅湾空军基地的机场，机上521人无一人受伤。
由于鹅湾机场是军用小机场，机场容纳不了这么多天上来客，乘客只能待在A380飞机中，直到次日清晨法航派来迎接他们的客机，将他们送往洛杉矶。这次故障被称为AF66事件。
图1、 A380右外侧发动机损坏情况
GP7200（图2）是由普惠公司与GE公司按50%:50%比例合资组成的发动机联盟，在采用了777的PW4084与GE90发动机的部件基礎上发展而成的，其额定推力为72000lbf，两家公司的分工是：普惠负责风扇、5级增压压气机、附件传动装置及6级低压涡轮，GE公司负责9级高压压气机、2级高压涡轮、低污染单环腔燃烧室与FADEC。有60%的A380釆用GP7200, 其余40%采用罗罗公司的遄达900发动机。
图2、GP7200发动机
GP7200于2006年初取得FAA的适航证，2008年用它作动力的A380投入航线使用。出故障的发动机已工作3527循环。图3示出了故障发动机残留的部分，由图看出飞机的进气道、发动机的进气机匣、包容环，带叶片的风扇轮盘全部丢失，风扇出口导叶、分流环、增压压气机等仍保留在发动机中。
由于风扇后锥轴出现环形裂纹而导致后锥轴断裂（图2中示出了断裂部位），造成带风扇叶片的风扇转子前移坠离发动机，在风扇转子前移与坠落过程中，将包容环、进气道等从发动机上撕扯出去并坠离飞机。
整个风扇部件甩出发动机后，由于低压涡轮设有防止当传动风扇的传动轴断裂时，低压涡轮转子不会超转的安全设计，因此沒有造成低压涡轮转子破裂的故障，对飞机结构未造成二次损伤。
图3 风扇及进气道甩离后的发动机外
在一般故障分析工作中，找到关键的残骸是首当其冲的，AF66事件发生后急需找到风扇转子残骸就成为一项至关重要的工作。按照国际惯例，飞机出现重大故障后，故障的调查分析工作由事件发生地所在国家、航空公司所在国家、飞机及发动机生产国家的适航部门以及飞机与发动机生产厂家等共同参与调查分析工作。
参与寻找AF66残骸工作的部门有：丹麦与格林达地质斟探局GEUS（格林达岛是丹麦王国的属地）、丹麦事故调查局（AIB DK）、法国航空事故调查局（BEA）、荷兰奥尔胡斯大学与冰岛搜寻与营救团队等，由法国BEA统筹领导搜寻残骸与分析工作。
BEA根据飞机黑匣子的数据，确定了飞机飞越格林达岛上空的飞行轨迹，并划定了残骸可能坠落的地区，其面积约为120平方公里，这个地区是荒无人烟、被冰雪覆盖且气温特低的地带，坠落的残骸很快就被冰雪复盖，难以用目视探测到。
图4 、SnowTEM
随后，GEUS利用先进的设备，在一年多的时间内，历经艰辛，克服多种困难寻找风扇转子残骸。
首先，由一架私人公司的达索猎鹰20小飞机，在2018年4月间装上由法国宇航实验室发展的一套合成孔径雷达系统SAR，飞行搜索3次后，确定了残骸可能隐藏的区域，约3km×5km即15km2的范围。
GEUS于2019年三月下旬开始在冰面上进行探测与寻找工作，他们采用了两种在冰面上探测深埋在冰层下面残骸的设备。其一是由荷兰奥尔胡斯大学水文地球物理研究所，根据通常用于测定地下水流流动情况的瞬态电磁仪TEM，装在由机动雪橇拖动的雪橇上（图4），在冰面上移动，探测冰面下的情况，被称之为SnowTEM。
其二是由极地设备研究所发展的一种装有探地雷达的机器人平台，称为FrostyBoy的设备（图5），这套设备虽重200kg，但它在行走中给冰面的压力却很小。
图5、FrostyBoy
利用这两套冰面上能移动的探测设备，在已被划定的15km2范围内来回探测，历时13周，其中7周工作组居住在-35℃、风速达到25 m/s的大风下甚至在32m/s狂风下、在北极熊出沒的冰盖上的露营帐篷中（参见图5），而且冰盖上处处有大小不同的裂隙，探测工作条件十分恶劣。最终于6月29日探测到残骸的位置，用了两天时间将深埋在冰盖下4m深处的风扇转子残骸挖掘出来（图6）。
2019年7月1日法国航空事故调查局BEA宣布，在AF66事件发生近20个月后，在格陵兰冰盖之下4m深处，终于挖出了这个重约150kg、体积为1m3大小的风扇转子残骸。
随后这件残骸立即送往发动机生产单位-发动机联盟。在BEA的监督下，发动机联盟对钛合金的风扇轮盘进行了全面检查。2019年8月初，BEA声称，检查发现，在轮盘装叶片的榫槽中间位置的面有一表面下的疲劳裂纹起始点，轮盘在此处出现开裂，且断裂仍在继续发展。与此同时，发动机联盟宣布所有A380釆用GP7200发动机的用户，要立即开展对发动机风扇部件的检查工作。
紧接着在8月17日美国FAA发布了适航指令，要求对用于A380的GP7200风扇轮盘榫槽槽及榫槽前缘釆用涡流检查仪检查是否有裂纹，同时目测整个风扇转子是否有损伤。这个适航指令从2019年8月30日生效，要求到2020年9月1日全部完成。随后，8月23日欧洲航空安全局EASA也发出了类似的适航指令。
图6、在冰盖下4m处发现风扇转子残
目前，发动机联盟尚未公布详尽的故障分析报告，有关故障的根源等尚不清楚，一般完整的故障分析报告有时需一、二年才能发布，但是按发动机联盟对用户的要求，以及FAA适航指令的要求来看，GP7200的风扇轮盘的确存在严重影响飞机飞行安全的重大故障隐患。
FAA在发布适航指令的同时，还讲道为了对风扇转子进行检查，需将整个风扇部件从发机上拆下，甚至需更换风扇转子部件，其费用约为79万美元，一架A380有4台发动机，为完成适航指令的要求，每架飞机将耗资三百多万美元为找到GP7200故障残骸件，经过近两年的时间，历经艰辛，釆用多种搜寻装置，终于找到了将避免重犯重大故障原因的残骸，这在众多的航空发动机故障分析工作中实属罕见，其作法与精神值得我们借鉴。
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