玩加电竞读陈光教授《记图-154飞机重大故障赴苏与其权威论战之始末》有感

  新闻资讯     |      2023-08-29 04:07

  玩加电竞索洛维也夫设计局的D-30KU发动机除了驱动伊尔-62M,其改进型号D-30KU-154还广泛应用于图-154飞机上,它搭载有噪音吸收单元以满足国际民航组织(ICAO)关于飞机噪音的要求,其结构和D-30KU相同,由3级风扇、11级高压压气机、环管燃烧室、2级高压涡轮和4级低压涡轮构成。

  1987年5月9日,波兰航空一架搭载D-30KU的伊尔-62M起飞不久后,就因发动机故障发生机毁人亡的重大事故。一年之后,中国民航的一架图-154搭载的D-30KU-154发动机同样发生故障,但该故障原因按照北京航空航天大学(北航)陈光教授的意见修改后,避免了类似事故的发生。

  1988年5月30日,中国民航一架图-154M(飞机注册号:B-2604)从广州起飞10分钟后,机尾的D-30KU-154发动机发生严重的断轴故障,4级低压涡轮全部甩出机身,打穿了飞机尾部蒙皮,导致一起严重的低压涡轮非包容的破裂事件。万幸的是,发动机甩出的碎片并没有损坏飞机的操纵系统,飞机平安落地。

  B-2604号机发生故障的发动机出厂于1985年9月28日,累计使用4582小时/2437循环。事故发生后,中国民航总局负责事件调查工作,成立了故障分析专机组,并邀请苏方代表。苏联方面派出了发动机厂总工程师和中央航空发动机研究院专家。

  中苏专家分析后认为故障原因源自高压压气机轴内的钛合金隔热套筒,它在工作中突然向内凹陷,碰到高速旋转的低压转子传动轴。低压转子传动轴被磨出深槽后断裂。涡轮在断轴后失去负荷,转速飙升至飞转,4级低压涡轮转子在高离心下爆裂并甩出机外,导致严重的低压涡轮转子非包容爆裂事件。

  事件原因是隔热套筒突然下陷变形所导致的,但是中苏双方专家对套筒失效原因存在严重分歧。苏方认为是中方使用不当——飞行员在停车状态停留时间较短,导致内部温差极大且不均匀。中方专家否认了苏方观点——发动机内部相邻的零件会存在温差,但不足以让隔热套筒变形。苏方的观点不仅推卸了他们的责任,更重要的是掩盖了发动机的设计缺陷,但现在需要拿出推翻苏方观点的实证。

  中国民航总局随后扩大了专家组成员,邀请北航发动机结构、强度和传热等领域专家进组,陈光、熊昌炳和朱谷君三位教授代表北航进入专家组。

  陈光教授通过“故障再现”方法找到了隔热套筒故障的原因:结构设计不合理,产生了低循环疲劳;局部表面用砂轮打磨过,导致疲劳强度降低;圆筒不圆,局部区域刚性不够,容易变形;材质不好,机械性能降低较多等出现了局部区域的强度刚性降低,导致隔热套筒在外压作用下提前失稳;漏入A腔的滑油自燃时产生的外压作用下失稳而向内凹陷所致。这意味着隔热套筒在设计、材料和工艺等方面均存在严重缺陷。

  图、故障再现试验中,隔热套筒模拟件变形处的外形与故障件变形处的外形比较图

  1988年12月,专家组在北京首都机场民航101厂试验中,通过故障再现的方式验证了分析结论,并发现该型发动机没有防止低压转子飞转的安全设计,这也是导致非包容破裂事件的主要原因。例如早期的JT15D、斯贝等发动机,设计了机械式断油装置;普惠PW2037发动机则采用了气动-机械式刹车装置。现代涡扇发动机采用全权数字发动机燃油调节器(FADEC),其设置了低压转子最高转速限制值。上述设计均可避免低压转子飞转。

  NK-8-4和D-30KU发动机均没有采取任何防止低压转子飞转的措施,相继导致1980年波兰航空007号航班和1987年波兰航空5055号航班事故。从适航性角度考虑,该发动机在低压涡轮转子的防止非包容破裂措施上,未能满足美国FAR33部和中国民航CCAR33部相关规定,这些发动机属于不适航状态。

  中方专家组的结论并未得到苏方的认可。苏方认为“要使隔热套筒在外压下失稳变形需1.8~2.0MPa的压力,而在发动机内故障的相关零件间,根本不可能存这么大的压力,因此中方的结论是不可能”。

  苏方从根本上就不相信中国人有能力完成该故障的分析工作,他们认为中国的航空工业是在苏联的帮助下发展的。他们是老师,中国人是他们的学生。学生怎么会超过老师呢?

  苏联还专门派航空工业部的一名副部长到北京,他表示苏联的中央航空发动机研究院是世界闻名的航空发动机研究机构,在苏联和世界上都具有极高的权威性,他们的专家对该故障进行了深入分析研究工作,并做出了正确的结论,其完成的文字资料堆起来就有一米高。

  当时中国民航人员正在苏联处理接收三架新的图-154工作,鉴于苏方态度,中国民航决定中止接收飞机工作。如果片面听从苏联方面意见,波兰的悲剧就有可能在中国发生。

  苏联航空工业部为了恢复交机工作,决定邀请中方专家到苏联“讨论”问题。会议在莫斯科举行,由苏联中央航空发动机研究院奥院长主持,苏方有17名专家参与,中国派出了6人专家组。中方专家陈述分析结论后,得到了苏联专家的认可。奥院长表示,发动机故障原因就是中方报告中的结论,该发动机的设计、取材和制造中存在严重的缺陷造成的,和使用条件无关。

  1、 隔热套筒和高压压气机轴间的环形空腔A中,应设卸压孔,避免形成“死腔”。

  2、 考虑到当时苏联对钛合金板料卷成圆筒的工艺不过关,建议将隔热套筒由板料焊接改为锻件机械加工,材质需符合规范要求,壁厚适当加大,建议由1.5毫米改为2.5毫米,以增大抗外压的能力;

  中方专家组实事求是的精神 ,不仅为我国航空事业做出了重大贡献,还避免了图-154发生类似事故。

  陈光教授在参观著名飞机设计师图波列夫的墓地的时候,在心理暗道:“就是在您老人家领导下设计的图-154客机,才使我们有机会瞻仰了您的墓地与纪念碑,但是,我要自豪地告诉您,我们已经为您排除了一个严重影响图-154客机飞行安全的隐患,安息吧!图波列夫老前辈!”

  最后,陈光教授提到:“我所作的分析结论为什么被苏方很快就采纳,而在国内得不到重视,只是当“外来的和尚”的“外国经”来了后,相比之下,才相信“中国经”也是对的,这时才不得不羞羞答答地作了修改。什么时候,我们在信服“外来的和尚”时,也对土生土长的“中国和尚”的“中国经”予以充分信任,我相信那会加速我国科技的发展。”

  读完陈光教授《记图-154飞机重大故障赴苏与其权威论战之始末》一文后,我不禁思考一个问题:1980年波兰航空007号航班事故后,波兰当局如果能正视问题,堵上苏制发动机非包容破裂的漏洞,是不是就可以避免1987年波兰航空5055号的悲剧发生?