Qantas Airbus A380 2010年灾难性发动机故障（2023年）

# 毫厘之间：澳洲航空32号航班的故事 来源：https://admiralcloudberg.medium.com/a-matter-of-millimeters-the-story-of-qantas-flight-32-bdaa62dc98e7 Admiral Cloudberg (https://admiralcloudberg.medium.com/?source=post_page---byline--bdaa62dc98e7---------------------------------------) 官员们观察澳洲航空A380在新加坡紧急降落后发动机的损坏情况。\(路透社\)2010年11月4日，一架澳洲航空的空客A380客机在从新加坡起飞几分钟后遭遇灾难性发动机故障，涡轮盘碎片在机翼和机身多处位置洞穿。爆炸损坏了飞机几乎所有主要系统，从飞行控制、油箱到液压和气动系统。面对纷至沓来的各类故障警报和结构完整性不明的飞机，机组人员通力合作，做出了一系列关键决策，最终让这架庞然大物安全返回地面。尽管遭遇了一连串意外状况——包括起落架问题、刹车失灵以及一台拒绝关闭的发动机——他们不仅成功着陆，更确保了机上469名乘客和机组人员毫发无伤。 事故的根源最终被追溯到二号发动机深处的一根油管，其管壁厚度存在细微的制造偏差。这个看似微小的缺陷如何产生，又如何险些导致世界最大客机坠毁，其故事本身与飞行经历同样引人入胜，回溯数年，涉及值得商榷的设计决策、加工逻辑中的隐藏缺陷以及对发动机行为的错误假设。问题一次又一次地从系统缝隙中溜走，向着灾难的深渊滚落——却在最后一刻被阻止，不仅依靠飞行员自身，更得益于A380设计中多重明确的防护机制，每道屏障都在遏制这场超出制造商最坏预期的故障后果中起到了关键作用。因此，本文讲述的澳洲航空32号航班故事，既是一次惊险紧急情况的纪实，也是当今航空安全性的明证——这个故事应当让每位读者对飞行减少几分畏惧。 ◊◊◊ 按回车键或点击查看完整尺寸图片 崭新的空客A380翱翔天际。\(Pascal Le Segretain\)2007年投入服役的双层四引擎A380，是迄今为止世界上最大的客运飞机，在几乎所有指标上都超越了享有盛誉的波音747。A380外观宏伟、飞行体验舒适，几乎没有令人诟病之处——除非你是航空公司，那么大多数大型承运商会认为这个庞然大物对于他们的运营模式而言过于庞大。事实上，如今分析师的评估是，A380是为一个在其投入服役时已大幅萎缩的市场而建造的，因此生产线于2021年关闭时，仅生产了254架，其中部分已被拆解。对于一架配备着最先进客机技术、造价极其昂贵、凝聚着巨大努力与想象力的飞机而言，这样的命运令人唏嘘，但其背后的原因及该机型的未来则是另一篇文章的主题。 尽管如此，部分航空公司确实发现A380适合其运营，包括澳大利亚旗舰航空公司澳洲航空。澳洲航空订购了12架A380，原定于2008年交付，其中十架至今仍在飞行。正是其中注册号为VH-OQA、以澳大利亚先驱飞行员南希-Bird·沃尔顿命名的第一架飞机，卷入了2010年11月4日的事件中。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 涉事飞机VH-OQA。\(Andrei Dimofte\)当天，VH-OQA抵达新加坡，进行伦敦至悉尼长途飞行中的预定经停，在此加注燃油、搭载乘客并更换机组，执行飞往澳大利亚的最后一段航程。飞机几乎满员，450个客座中已有440个有乘客，另有规模庞大的29名机组人员，其中包括不少于五名飞行员。虽然A380通常仅由两名飞行员驾驶，但澳洲航空额外安排了一名副驾驶作为备用机组；一名考官机长正在对机长进行航线检查；而另一名考官机长则在培训第一位考官机长，因此驾驶舱内可谓相当拥挤。 负责指挥并同时接受考核的是53岁的机长理查德·尚珀·德·克雷斯皮尼，他是一位拥有超过15,000小时经验、在航空业工作了32年的资深飞行员。其他机组人员包括副驾驶马特·希克斯、第二副驾驶马克·约翰逊、考官机长哈里·武本以及高级考官机长大卫·埃文斯。五名机组人员累计拥有140年航空经验和71,000小时飞行时间，这个惊人的总和实属罕见。 当地时间上午9:56，由德·克雷斯皮尼机长执飞的澳洲航空32号航班离开新加坡，向东南方向飞越海峡前往印尼，飞越人口稠密的巴淡岛。起飞四分钟后，A380爬升至7,000英尺高度时，所有参数似乎依然正常。没有任何迹象表明，一场灾难性故障实际上几秒钟后就会发生。 ◊◊◊ 按回车键或点击查看完整尺寸图片 一台劳斯莱斯遄达900发动机与人的比例图。\(Wikimedia user Tangopaso\)空客A380配备四台巨大的劳斯莱斯RB211遄达900系列高涵道比涡扇发动机，每台推力高达84,000磅力。专为A380设计的遄达900在英国多地生产，并与美国普惠和通用电气联合开发的GP7200发动机进行市场竞争。 要理解澳洲航空32号航班上发生的事情，需要我向您描述发动机某些特定部件的结构。 与所有高涵道比喷气发动机一样，遄达900由四个主要部分组成：风扇、压气机、燃烧室和涡轮。在正常运行中，空气被一系列越来越强大的压气机向后推动并加压，然后送入燃烧室，在那里与燃料混合并点燃。燃烧产生的机械能驱动一系列涡轮旋转，这些涡轮进而为压气机以及位于发动机前部的风扇提供动力，风扇将大量所谓的“外涵空气”加速流过发动机核心外围，以产生大部分推力输出。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 遄达900上涡轮和压气机的位置。\(FAA\)我文章中分析的大多数涡扇发动机都有一个高压压气机和一个低压压气机，分别对应高压和低压涡轮。这些涡轮通过同心驱动轴连接到相应的压气机部分。然而，遄达900的布局略有不同，因为它还有一个中压压气机及相应的中压涡轮，位于高压和低压部分之间。它的另一个不同之处在于风扇本身兼作低压压气机。（为简洁起见，从现在开始将使用LP、IP和HP分别代表低压、中压和高压。） 按回车键或点击查看完整尺寸图片 在这张中压涡轮区域的剖面图中，我用蓝框标出了下文段落中提到的部件。\(ATSB\)在遄达900上，发动机后部的高压和中压涡轮部分各由一个单级涡轮盘组成。每个盘周围的叶片从流经所谓“环形燃气通道”的高温燃气中捕获机械能。这些燃气驱动盘片旋转，盘片通过驱动臂连接到其对应的驱动轴上。然后驱动轴将涡轮的旋转能量向前传递到发动机前部对应的压气机。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 这段来自FAA视频的片段有助于直观理解高压/中压轴承组件的剖面。注意轴承腔室的位置，图中显示其充满油，以及通入其中的管道。在此观看完整视频：https://www.youtube.com/watch?v=sYxVin_FFxQ为了支撑涡轮盘和轴同时允许其自由旋转，发动机采用了复杂的轴承系统。高压和中压涡轮部分共享一个轴承组件，称为高压/中压轴承座，它环绕驱动轴并将其固定到位，同时允许轴在内部自由旋转。 为防止轴承磨损，轴承座内部的空间（称为轴承腔）持续充满加压润滑油，以确保所有部件顺畅滑动。这些油主要由一根供油管供应，该油管从主发动机油源出发，经过环形燃气通道，向下进入高压/中压轴承座，通过过滤器将油注入轴承腔。 轴承座的结构包括内座和外座两部分，使得轴承腔与发动机其余部分之间存在一个空的缓冲空间。供油管穿过这两部分以到达轴承腔。这根油管的最后一段（几厘米长）在制造轴承座时焊接固定，而油管的主体部分稍后安装。这段穿过高压/中压轴承座内外座之间缓冲空间的固定末端段被称为“短管”。 由于后文将详细探讨的原因，在澳洲航空32号航班爬升离开新加坡的短短几秒内，这根微小的供油短管引发了一连串不断升级的事件。 在位于左翼内侧的2号发动机中，起飞不到四分钟，供油短管上的一条裂缝导致其开始漏油。泄漏量很小，但油管内的油处于高压状态，导致其以雾状喷入高压/中压轴承座内外座之间的缓冲空间。该缓冲空间内的温度可能介于365至375摄氏度之间，远高于发动机油280摄氏度的自燃温度，因此喷雾立即被点燃。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 我标注的FAA动画展示了导致澳洲航空32号航班爆炸的故障序列。这对理解下文段落应很有帮助。\(FAA\)在轴承座的前端，一个三重密封件连接在座体结构上，用于隔离内部压力较低的缓冲空间与高压涡轮盘后方压力较高的区域。但随着缓冲空间内的火势蔓延，它冲击到该密封件，导致其失效。随着低压区不再密封，来自环形燃气通道的高压空气被吸入其中，冲过高压涡轮盘涌入缓冲空间。从缓冲空间前端涌入的这股气流将火势向后吹送，犹如喷灯般冲击到另一端的对应密封件，该密封件也失效了。燃烧的油“喷灯”随即能够直接接触到连接中压涡轮盘与其驱动轴的驱动臂，该驱动臂正位于高压/中压轴承座的正后方。驱动臂在正常发动机运行中本就承受着相当大的应力，在致命高温下几秒钟内便发生了断裂。 从漏油开始到驱动臂断裂的整个过程，耗时远不到一分钟。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 涡轮盘解体。\(ATSB\)此时，驱动臂断裂后，中压涡轮盘不再直接连接任何东西，这（用术语来说）是个大麻烦。涡轮盘承受着来自环形燃气通道的巨大机械能，驱动臂断裂并不会让这些能量消失，但会消失的是将这些能量传递到涡轮盘自身之外的能力。在正常运行中，这些能量用于驱动中压压气机，这需要相当大的力。但这条载荷路径仅存在于涡轮盘与驱动轴连接时，因此当驱动臂断裂时，盘片吸收所有这些能量的唯一方式就是转得更快……再更快……再更快…… 在四秒钟内，环形燃气流的能量将中压涡轮加速超过其临界转速，直至离心力超过了镍合金盘片的极限强度。烧得通红、疯狂旋转的盘片瞬间断裂成数块，以难以置信的速度向多个方向射出。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 盘片碎片干净利落地撕裂了盘片旋转平面内的所有物体。\(ATSB\)发动机设计师竭尽全力确保发动机结构能够容纳像单个风扇和涡轮叶片这样的飞行碎片，但这类抛射物所含的能量与破裂盘片碎片的能量相比只是九牛一毛。从工程角度出发，盘片碎片在释放瞬间被假定具有无限能量；它们能切穿任何合理的材料，无法被包容。 当澳洲航空32号航班的中压涡轮盘突然爆裂时，任何东西都无法阻挡由此产生的碎片，它们像切黄油一样切穿发动机机匣和整流罩，在盘片原有的平面上切出一道整齐的环形裂口。不到一秒，其中一块盘片碎片向左下方射出发动机，朝着遥远的地面飞去，但更多碎片则朝相反方向飞去。一块碎片向右射出，进入货舱下方的机腹区域，犁过数根结构桁条和线束，然后从另一侧穿出，再无踪影。另有两块碎片向上疾射，在左翼内部划出破坏路径后从其上表面穿出，同样消失无踪。许多较小的部件，如脱落的涡轮叶片和发动机结构碎片，也击中了飞机的各个部分，包括机翼和机身。 按回车键或点击查看完整尺寸图片 各碎片的轨迹。\(ATSB\)在飞机上，飞行员和乘客听到两声清晰可辨的巨响，紧接着驾驶舱内响起了一连串突如其来的、压倒性的警报。飞机轻微向左偏航，自动油门系统断开。德·克雷斯皮尼机长意识到发生了严重故障，按下自动驾驶的高度保持按钮使飞机改平，随即所有人的注意力都转向了ECAM。 电子集中飞机监控系统（ECAM）向机组提供关于大量飞机系统性能下降或故障的警告、注意和 advisories，以及相关的非正常或应急程序。作为大多数现代客机的标配，ECAM显示屏改变了飞行员处理空中紧急情况的方式，有助于确保对几乎所有可想象的机械故障做出迅速而正确的反应。