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 ATR-72飛機(jī)PW-127F發(fā)動機(jī)在役過程中的孔探檢測（下）

2   發(fā)動機(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，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)動機(jī)第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子一片葉片斷裂，第二級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片全部被打斷。經(jīng)現(xiàn)場和孔探檢測，證實(shí)該發(fā)動機(jī)空中停車是由于發(fā)動機(jī)第1級功率渦輪葉片斷裂，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)場照片

圖5  左發(fā)2-3點(diǎn)鐘位置的第二級            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)動機(jī)前期使用狀況調(diào)查

我們對空中停車發(fā)動機(jī)（序號: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)動機(jī)維護(hù)手冊允許范圍內(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)動機(jī)維護(hù)手冊允許范圍內(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)動機(jī)故障：2008年11月1日至今，AV0045發(fā)動機(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級功率渦輪罩環(huán)     圖8  第2級功率渦輪導(dǎo)向器嚴(yán)重?fù)p傷

圖9   第2級功率渦輪葉片嚴(yán)重?fù)p傷

圖10    第1級功率渦輪葉片斷裂

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，并發(fā)現(xiàn)第2級功率渦輪葉片有不同程度的打傷。經(jīng)孔探檢測發(fā)動機(jī)的熱部件，發(fā)現(xiàn)這兩臺發(fā)動機(jī)的損傷情況相似，其損傷是第1、2級功率渦輪轉(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)動機(jī)的第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片離根部1/3處斷裂。因此這兩臺發(fā)動機(jī)先后返廠，廠家對損傷的原因正在研究，其結(jié)果待定。

1. 結(jié)合具體事例，針對性的提出解決問題的議案

為了避免發(fā)動機(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，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)動機(jī)的損傷情況和現(xiàn)有的孔探設(shè)備及孔探能力，對裝機(jī)后的PW-127F發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢查?？滋饺藛T與工程技術(shù)人員按照各級領(lǐng)導(dǎo)的要求反復(fù)對損傷的情況、部位及檢測的圖片進(jìn)行分析，認(rèn)為造成發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p傷的直接原因是由于第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片因扭矩過大使葉片斷裂，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，對第1、2級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片及罩環(huán)進(jìn)行孔探檢測，重點(diǎn)檢查第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片上的裂紋缺陷。該項(xiàng)工作已完成孔探20臺/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告，就目前孔探存在的問題談了我們的認(rèn)識:

2.5.1  關(guān)于PW127F發(fā)動機(jī)的孔探培訓(xùn)的報告

PW127F發(fā)動機(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)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷而吊下發(fā)動機(jī)就有十余臺。通過系統(tǒng)的分析和建議，使發(fā)動機(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)，就此我們曾向有關(guān)部門反映并寫過專門的申請。到目前為止，我們的孔探人員只是通過現(xiàn)有工藝和平時的經(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)度來完成孔探工作，但這并不能說明孔探人員對發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掌握。今年（2007）4月和5月PW-127F發(fā)動機(jī)出現(xiàn)兩起第1、2級功率渦輪及導(dǎo)向器被嚴(yán)重打傷，至今都沒有一個明確的分析報告。這說明孔探人員需要對PW-127F發(fā)動機(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)動機(jī)空中停車的直接原因

上述事件發(fā)生后，以上兩臺發(fā)動機(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)域拉力過載而斷裂^〔1〕。（事實(shí)證明我們沒有很好的掌握對1級功率渦輪及導(dǎo)向器的孔探檢測方法）

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級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片斷裂，造成第二級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片嚴(yán)重?fù)p傷引起的。這引起了上級主管部門的嚴(yán)重關(guān)切（高度重視）。為了對此次發(fā)動機(jī)空中停車事件的原因做進(jìn)一步調(diào)查，同時對AV0045發(fā)動機(jī)修理范圍、維修成本進(jìn)行必要的控制和對發(fā)動機(jī)包修廠家的整體質(zhì)量與技術(shù)控制體系進(jìn)行一次綜合評估，我們建議公司結(jié)合此次AV0045發(fā)動機(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AV0045發(fā)動機(jī)監(jiān)修組主要任務(wù)提出了要求：

2.6.1  對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)動機(jī)空中停車事件共同對新疆ATR機(jī)隊(duì)發(fā)動機(jī)總體風(fēng)險進(jìn)行綜合評估，并協(xié)商安排后續(xù)的工程管理控制措施，以短時間消除機(jī)隊(duì)運(yùn)行中的安全風(fēng)險；

2.6.4  在發(fā)動機(jī)完成分解后，實(shí)地檢查AV0045發(fā)動機(jī)內(nèi)部的具體損傷狀況，提供和完善發(fā)動機(jī)孔探的實(shí)施方案，明確AV0045發(fā)動機(jī)的修理范圍，對修理費(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高度約0.175英寸，前緣自平臺高度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)動機(jī)第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片的斷裂原因如下：

這個在平臺附近斷裂的第1級功率渦輪轉(zhuǎn)子葉片，首先是在葉片后緣尖部內(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疲勞裂紋的原因有關(guān)。

這個斷裂的第1級功率渦輪葉片，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  序號為HMB78344葉片的斷面

           第1級功率渦輪葉片

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，也就說明這個斷面曾經(jīng)在燃?xì)庵斜┞读艘欢螘r間。前緣斷面較淺的顏色說明相對于后緣的斷面，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)并能夠說明疲勞裂紋的來源。在這個區(qū)域沒有現(xiàn)象表明有撞擊和冶金制造方面的問題。

   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。

這個斷層區(qū)域的顯微結(jié)構(gòu)顯示到微克級別的主要結(jié)構(gòu)沒有受到高溫影響的證據(jù)。使用一個標(biāo)準(zhǔn)的半定量電子顯微-能量、光譜色散分析這個功率渦輪葉片，顯示葉片的主要合金材料的成份符合要求。通過光學(xué)檢查其它的功率渦輪葉片靠近平臺區(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級功率渦輪葉片的斷裂如果是材料及加工工藝方面的問題，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)該型號的飛機(jī)以來，PW-127F發(fā)動機(jī)孔探檢測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)的獲得需要一個時段的過程，這個過程可以通過培訓(xùn)得到縮短。以至于我們在很長的時段里不能很好的把握孔探檢測的技能及損傷部位的界定。

就孔探檢測而言，同一型號的發(fā)動機(jī)孔探檢測經(jīng)驗(yàn)的交流是必要的，但就PW-127F發(fā)動機(jī)來講，其特殊性使得我們無法在國內(nèi)通過交流而得到提高，唯有把受損傷的發(fā)動機(jī)送到修理廠家進(jìn)行熱檢和大修時，可相應(yīng)了解發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及損傷的狀況并對今后的孔探檢測提出相應(yīng)的針對性規(guī)范和要求（送修發(fā)動機(jī)都會派相應(yīng)的工程技術(shù)人員監(jiān)察）。多次的要求，多次的打報告，上級主管部門并沒有給予明確的答復(fù)。當(dāng)AV0045發(fā)動機(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，上級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)。中華人民共和國民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-航空器無損檢測-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)動機(jī)孔探、視情監(jiān)控與維修成本控制

發(fā)動機(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)動機(jī)維修手冊中規(guī)定了其損傷容限。我們知道損傷的擴(kuò)展是一個漸進(jìn)的過程，在不增加維修成本的前提下，提高平均故障工作時間，降低飛機(jī)的營運(yùn)成本，是我們必須注重的環(huán)節(jié)，因此把握損傷發(fā)展的過程確是非常之關(guān)鍵。隨著損傷的逐漸擴(kuò)展，要隨時調(diào)整監(jiān)控的時間間隔，預(yù)防損傷的突變，以確保飛機(jī)發(fā)動機(jī)的安全有效，孔探檢測在這里起著至關(guān)重要的作用。

這里我們以PW-127F發(fā)動機(jī)AV0045為例：此發(fā)動機(jī)在2003年7月8日送修，（飛行總小時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號軸承腔泄露滑油返廠修理，（總飛行小時：10113:35/總起落8327架次、修理后飛行小時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，我們隨時調(diào)整孔探檢測監(jiān)控的時間間隔，以預(yù)防損傷的突變。

結(jié)束語：

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

專業(yè)技能的培訓(xùn)是十分必要的，但這里存在一個誤區(qū)。這個問題到現(xiàn)在都沒有引起主管們的足夠認(rèn)識?，F(xiàn)行的孔探培訓(xùn)一般都是在新發(fā)動機(jī)上教程的，隨后就要靠自我的長時間經(jīng)驗(yàn)積累。這種長時間的自我經(jīng)驗(yàn)積累極大的延緩了掌握孔探經(jīng)驗(yàn)及綜合技能的時機(jī)。從PW-127F發(fā)動機(jī)維護(hù)的過程中就說明了這一點(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)人員對各個熱部件的損傷形態(tài)、發(fā)展趨勢、認(rèn)識判定有一個全面的結(jié)構(gòu)上的理解。

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

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)的角度闡述對故障的認(rèn)識和看法，要說明自己的觀點(diǎn)。我們在AV0045發(fā)動機(jī)空中停車前兩年就打過該損傷的專題報告，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)動機(jī)熱部件損傷機(jī)理的分析中來。PW-127F發(fā)動機(jī)AV0045發(fā)動機(jī)空中停車過程的全過程參與，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)查報告

注2  AVIO公司是國外一家PW-127F發(fā)動機(jī)大修公司   

1. 普惠公司-加拿大實(shí)驗(yàn)室提供的檢查報告