波音777发动机爆炸,全球同型号飞机停飞,诱因竟是金属疲劳

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波音飞机系列事故 竟都与金属疲劳有关

据美国当地媒体报道,当地时间2月22日,由波音777飞机执飞的美联航UA328航班从丹佛国际机场起飞前往夏威夷,不料起飞不久右侧发动机发生爆炸,发动机严重损坏,整流罩几乎全被炸飞。飞机起飞25分钟紧急返回落地。

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涉事飞机是一架波音777-200,注册号为 N772UA ,该飞机1995年9月交付,是波音制造的第五架波音777,机龄26.3年。该飞机的2个发动机系普惠公司的PW4000发动机。波音21日证实,全球128架使用同款发动机的777客机已全面停飞。

美国国家运输安全委员会主席罗伯特·萨姆沃特表示,事故发生后,调查人员已经对脱落的发动机风扇叶片进行了初步检查。调查结果显示,一条随着时间的推移逐渐扩大的裂缝,最终导致了故障。美国联邦航空局计划很快发布紧急适航指令,要求对风扇叶片进行金属疲劳检查。

实际上,这并不是波音系列飞机第一次出事。2020年12月,日本航空公司一架波音777发生了一起类似事故,安装的也是普惠4000发动机,日本运输安全委员会发现了两片损坏的风扇叶片,其中一个带有金属疲劳裂纹,这一事故目前仍在调查中。

2018年2月,美联航另一架飞往夏威夷的波音777-200(注册号为N773UA)也遇到了类似的发动机故障。美国国家运输安全委员会(NTSB)调查后认为,事件是由发动机风扇叶片损坏引起的。

再往前追溯,1988年,波音737-200型客机从希洛国际机场起飞,在前往檀香山的飞行过程中,由于舱盖的强度因严重的腐蚀和疲劳而降低,机体前端左边一小块天花板爆裂,机舱瞬间失压,导致由驾驶室后方一直到机翼附近的一大块机舱天花板被撕裂而脱离机体。虽然10多分钟后奇迹地在茂宜岛的卡富鲁伊机场安全迫降,但有一名机组人员不幸被吸出机舱外死亡。

金属疲劳是怎么回事?

细看波音飞机的多次事故,其中都出现了“金属疲劳”这个词的身影,那么,金属疲劳到底是怎么回事?

金属“疲劳”一词,最早是由德国科学家沃勒发现的,19世纪50年代,沃勒就发现了表现金属疲劳特性的曲线,并提出了疲劳极限的概念。

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为了说明金属材料疲劳的概念,我们取一枚曲别针,把它用手指头掰直。不用任何工具,你试用手指把它拉断,试试看,即使你使尽最大的力气,不行吧。可是你只要把它来回弯曲几次,曲别针便会轻易地弄断。

这个现象说明,金属材料在恒定的力作用下比起变化的力作用下有较大的强度。在变化大小的力作用下,虽然这些力远没有达到平常恒力作用下使材料破坏的程度,材料却破坏了。这种现象就称为金属的疲劳破坏。

金属疲劳的破坏作用

为什么金属疲劳时会产生破坏作用呢?这是因为金属内部结构并不均匀,从而造成应力传递的不平衡,有的地方会成为应力集中区。

与此同时,金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。当部件受到同一种方向或大小经常重复变化的外力,其内部的微小裂纹就会时而张开,时而相压,时而互相研磨,使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度,金属材料被削弱到不再能承担外力时,只要有一点偶然的冲击,零部件就会发生断裂。所以,金属疲劳造成的破坏,往往都是突如其来,没有明显的迹象让人察觉。

今天,我们的汽车、轮船和飞机等大型装备,其构件在进行生产之前都进行了抗疲劳设计,这种设计在较大程度上保证了在设计寿命范围内的安全。

安全并不是绝对的,随着人们对机械设备更高、更快、更苛刻的功能要求,金属疲劳还是无法避免,应引起人们更大的重视。因为它给金属构件带来的破坏是致命的和灾难性的。

如何发现金属疲劳?

科学研究表明,金属疲劳可以预先检测出来。

日本的科学家发明了一种掺入钛酸铅粉末的特殊涂料,在敲击金属时,金属表面的涂料薄膜中会有电流通过,且电流的大小和金属的疲劳程度有关,通过测量这股电流,便可知道金属究竟有多“累”。

此外,超声波、红外线、射线等都能对金属进行体检。

抑制金属疲劳的方法

除上述以外,以下这些措施也常用于提高金属结构的疲劳强度,减少航空发动机等机械构件发生疲劳失效的情况:

1、结构优化设计:结构设计中尽量避免产生应力集中,对过渡圆角、螺栓孔等容易产生应力集中的部位进行优化,疲劳往往出现在这些应力集中部位。

2、严格控制温度:疲劳强度一般随着温度的升高急剧下降,不能为了性能达标而一味地提高温度。

3、采用强化措施:采用各种表面强化处理、孔挤压强化等强化关键部位的压应力水平。

4、提高零件加工质量:裂纹往往出现在材料缺陷或者加工缺陷位置,必须加强零部件加工制造工艺,严格控制关键位置的加工精度和加工质量,减少疲劳源,防止超差等质量问题引起的疲劳失效。

5、应力检测:对表面强化后的工件进行应力检测评价,这样可以提前识别不合格工件,避免造成制成品的重大事故。

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首次发布时间:2021-03-01
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