发动机涡轮叶片断裂导致的发动机空中停车事件时有发生,近日香港民航意外调查机构还公布了前几年空客A330-343客机停车事故的调查报告。涡轮叶片出现裂纹、氧化、烧蚀等缺陷并引发叶片损伤或断裂,是引发空中停车的原因之一。有哪些原因影响涡轮叶片缺陷的滋生与发展呢?本文做简要分析。
1. 与工作环境有关。叶片前缘和后缘受高温气流冲击程度是不一样的,叶片前缘收到的冲击往往更大,更容易出现缺陷,例如:HPT叶片前缘受高温气流冲击比较多,易造成隔热层逐斩脱落,叶片基体暴露后开始氧化变色,初期仅仅是氧化,没有材料烧蚀或断裂丢失的现象,前缘外形轮廓未明昂变化,但是经过更长时间的高温气流冲击后,缺陷发展加剧,出现材料丢失,前缘外形轮廓就会随即发生向内凹的变化。
2. 与发动机推力有关。推力是发动机能够产生的最大的向前的推动力,是发动机的一个重要指标,不少发动机机型都提供不同级别推力供用户选择。推力小的发动机涡轮叶片需要经过较长时间才能发生氧化变色,而且仅在少量叶片上出现,缺陷扩张发展也比较缓慢;但是推力较大的发动机涡轮叶片,在相同时间内会有更多的叶片发生氧化变色,而且缺陷扩展的也是比较快。可以这样理解,推力越大,叶片的工作环境越恶劣,越容易诱发缺陷。
3. 受时间影响。这个比较好理解,前面谈及的叶片前缘从隔热层脱落到材料丢失就是经过了比较长时间的侵蚀,通常最早发生的是隔热层脱落,没有了隔热层的保护,经过一段时候后基材会进一步发生氧化,这一阶段会有颜色的变化,最终出现烧蚀以及材料丢失导致碎片。
发动机空中停车很多时候是因为叶片碎片滞留于发动机内部造成的二次伤害,而通过上面的介绍不难看出,叶片从出现缺陷到断裂或材料丢失形成碎片是有过程的。这其实给提前发现缺陷提供了可能,如果做好检测工作,是可以避免或者减少因为缺陷发展导致的空中停车事故。使用工业内窥镜的孔探检测就是出于这样一个目的,目前很多航空公司都采用了这种检测手段。如下图是使用韦林孔探仪检测得到的涡轮叶片检测图像,可以看到叶片出现的多种损伤情况。
使用工业内窥镜对涡轮叶片实施孔探检测,有这样几个特点:
1. 工业内窥镜种类很多,可以根据涡轮叶片孔探路径选择相应的孔探仪,有助于更好地发现缺陷;
2. 效果直观,如上图可以看到比较清晰的缺陷外观;
3. 探头可以灵活导向,即使在涡轮发动机内部的紧凑空间中也可实现全面检查;
4. 测量功能,可以对裂纹长度,材料缺失的面积、烧蚀面积等进行准确测量,有助于评估缺陷发展趋势;
5. 可以拍照录像,方便存档管理,有助于系统地实施涡轮叶片检测,提升效率。
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