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事故调查|N772SW西南航空1380航班NTSB调查报告
2020-04-19 22:21:18 2659
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    事故概要


    2018417日,美国东部时间约11:03,西南航空1380航班,一架B737-700飞机,注册号N772SW,在爬升到32000英尺的过程中左侧发动机失效。该航班大约在30分钟之前从纽约拉瓜迪亚机场(KLGA)起飞。因为发动机失效,机组采取了紧急下降程序并备降到费城国际机场(KPHL)。左侧发动机N1风扇前的一部分进气涵道和发动机风扇罩与飞机分离,分离产生的碎片撞击到左侧机翼、左侧机身以及左侧水平安定面。一块发动机风扇罩分离产生的碎片撞击到了左侧机身某处靠近窗户的位置,导致窗户脱落,进而导致飞机快速失压。发动机失效约17分钟后,飞机在费城机场安全着陆。航班上共有144名乘客和5名机组成员,其中1名乘客受致命伤(后不治身亡),另外8名乘客受轻微伤。飞机受损严重。该航班是按照CFR121部运行的定期客运航班,按照计划飞往目的地——达拉斯Love Field机场(译者注:西南航空总部)。

    该飞机安装有两台CFM56-7B涡轮风扇发动机。该发动机扇叶盘上有24扇叶片。其中一扇叶片从根部断裂导致左侧发动机失效(被称为FBO事件)。该叶片断裂是由低周期疲劳裂痕导致的,该裂痕起始于叶片的燕尾榫接头(扇叶根部内嵌进扇叶盘的中的部分)处。

     


    分离的叶片撞击到发动机扇叶箱内壁后断裂成碎片;有些碎片飞向前打进了发动机的进气口内壁,另外一部分碎片与发动机叶扇箱内壁发生碰撞之后导致其变形,变形进而传递到整个扇叶箱。变形影响到了进气口固定环——固定在发动机发动机扇叶箱A1凸缘上——产生的巨大载荷使进气口产生损伤。这些损伤导致发动机进气口部分脱落。

     


    脱落的叶片对扇叶箱内壁造成的撞击产生的巨大载荷也通过位于发动机整流罩底部的径向约束装置传递给到发动机整流罩(发动机短舱的一部分,发动机上可以向两侧张开的环形整流罩)。这些载荷造成了发动机整流罩上以及径向约束装置结构上的裂痕。这些损伤迅速扩散,拽断了发动机整流罩上的六个闩锁保持器(一侧三个)。闩锁保持器的断裂直接导致两侧的整流罩撕裂并脱落。左侧机身靠近破裂窗户(第14排)的部位有撞击伤痕,证据显示该伤痕与内侧发动机整流罩上的后缘闩锁保持器附近脱落的碎片形状一致。

     

    在这次事故的发生过程中,叶片碎片向前的飞行轨迹角度超过了CFM56-7B发动机在FBO控制性取证测试中获得的结果。进气涵道遭受因向前飞出碎片的损伤也超过了测试中和波音公司在B737-700认证分析过程中观察到的数据。另外,在发动机整流罩设计时也没有考虑到FBO产生的负载通过径向约束装置传递给给整流罩的情况;在这次事件中,整流罩承受的力远超认证分析过程中的计算值。


    自从CFM56-7B发动机和波音737-700飞机分别获得认证(分别于199612月和199712月)以来,已经开发出了新技术和分析方法,可以更好地预测飞机在飞行中发生 FBO事件时发动机与机身之间的相互作用,以及以及进气口,整流罩和相关飞机结构的反应。

     

    对断裂的风扇叶片进行冶金检查发现,裂纹可能是在201210月对风扇叶片组进行大修之前出现的。当时的大修过程包括荧光渗透检查(FPI),以检测裂纹;但是,由于未知原因未检测到裂纹。在20168月的另一起FBO事件——一架装有CFM56-7B发动机的西南航空 737-700飞机出现FBO事件,最终安全降落在佛罗里达州彭萨科拉的彭萨科拉国际机场之后,CFM制定了涡流检查(ECI)程序在大修时使用(此外,FPI已经是强制的)。 ECI的灵敏度高于FPI,并且可以检测表面或表面附近的裂痕(与FPI不同,后者只能检测表面裂痕)。

     

    在进行风扇叶片润滑的过程中进行的机翼风扇叶片外观检查(大修之后)中,也未检测到与PHL事故有关的风扇叶片裂纹。CFM建议将风扇叶片装载时保持在预测范围之内,并防止扇叶盘和风扇叶片燕尾涂层磨损。20168FBO事件之后,CFM开发了一种无拆卸超声检查技术,该技术可在对风扇叶片进行润滑时进行。风机叶片重新润滑时的大修或超声波检查时的ECIs发现了不同发动机上的15个叶片裂纹(截至20198月)。

     

     

    可能的原因


    美国国家运输安全委员会(NTSB)认为,该事故的可能原因是13号风扇叶片的燕尾榫出现了低周期疲劳裂纹,这导致风扇叶片在飞行中分离并撞击了发动机扇叶箱内壁——对发动机整流罩的结构完整性和性能至关重要的位置。这种撞击导致发动机整流罩板组件在飞行中分离,包括内侧的整流罩后部闩锁保持器,后者撞击机舱窗户附近的机身并导致窗户脱离飞机,机舱迅速失压,并导致乘客死亡 。

     



    安全问题


    通过这次事故调查,NTSB发现了以下安全问题:

     

    • 在涉及CFM56-7B发动机的FBO事件发生后,需要确保波音737NG系列飞机的整流罩的结构完整性。脱落的风扇叶片在六点钟位置(在发动机底部)撞击了扇叶箱内壁。在CFM56-7B发动机的FBO密闭性认证测试中,CFM选择的风扇叶片释放位置是十二点钟。波音的事故后分析发现,当分离的风扇叶片在六点钟位置附近撞击扇叶箱内壁时,由于该风扇叶片撞击位置靠近径向约束装置(在内侧风扇发动机整流罩的底部)。充分了解FBO事件期中发动机扇叶箱,径向约束装置和发动机整流罩的相互作用,以防止在波音737NG系列飞机上扇叶箱结构失效是非常重要的!

     

    • 需要确定其他机身/发动机组合是否具有任何关键的风扇叶片撞击位置,以及在这些位置的撞击如何影响发动机短舱内的组件。这项调查揭示了FBO影响的关键位置的概念及其对发动机短舱及其组件的结构完整性的影响。其他发动机/机身组合也可能对FBO撞击的位置敏感,并且非计划负载和/或负载路径大于结构分析中的结果。根据CFR25适航标准:运输类别飞机,目前FAA尚无相关的法规要求制造商必须在发动机短舱设计过程中,在所有发动机工作条件下说明关键的FBO撞击位置。相应的欧洲航空安全局法规也未包含此要求。

     

    • 需要强调在特情着陆期间将空乘员固定在座位上的重要性。尽管乘务员知道即将降落,但没有人在她指定的座椅上准备降落。相反,所有三名空姐都坐在客舱地板上,这与《西南航空乘务员手册》中的程序有悖,该手册要求空姐在计划的特情着陆期间在其制定的座椅上就座。一位坐在前座客舱中的乘务员报告说,她没有时间返回她的座椅。前舱的另一位乘务员坐在客舱后厨房的地板上。因此,在降落过程中,前舱的两个空乘员座位未被使用。后舱乘务员也坐在后厨房的地板上,因为她的座椅被第14排的一名乘客(他已移至后舱,以便受伤的乘客可以得到医疗)和西南航空的一位雇员占用。如果需要紧急撤离,则空乘人员指挥快速撤离飞机的能力可能会受到阻碍,因为他们无法打开自己应该负责的紧急出口。


    • 需要减少因飞行中座位量短缺而对乘客造成的危害。事故航班处于满载状态,客舱没有额外的座位,乘务员需要将第14排的两名旅客重新安置。一名乘客坐在后舱乘务员的座椅上,另一名乘客坐在客舱地板上。    SWA乘务员手册在若干章节中提供了有关重新安置乘客的信息,但是没有一种情况与事故航班上的情况类似,并且该手册没有讨论如果需要坐下的乘客没有座位的情况下应采取的措施。    NTSB对FAA法规和咨询通告及其“飞行标准信息管理系统”的审查过程中并未发现任何关于在没有额外的乘客座位时可以重新安置乘客的具体指南。类似的指导将帮助航空承运人采取措施,以减轻因飞行中因座位量短缺而对乘客造成的危害。

     


    发现


    • 以下因素均不是造成此次事故的因素:(1)机组人员资质;    (二)机组人员的医疗状况;(3)左引擎故障发生前飞机的适航性;4)西南航空的飞机维修。

     

    • 风扇叶片燕尾榫的低周疲劳裂纹是由于正常工作负载下的燕尾榫应力高于预期而引起的,并且在最后一次检修风扇叶片套件时进行荧光渗透检查以及在风扇叶片重新润滑时进行的目视检查时,很可能无法检测到该裂纹。

     

    • 要求在风机叶片大修时进行涡流检查,并在叶片润滑时进行超声波检查,这应能够在裂缝达到临界尺寸之前检测出CFM56-7B发动机中破裂的风机叶片并将其停用。

     

    • 风扇叶片向前飞出的碎片,以及风扇叶片撞击风扇箱内壁体产生的位移波,导致进气口的结构完整性被损坏,并导致进气口部分脱落。

     

    • 发动机整流罩的一部分从飞机上脱落,原因是(1)分离的风扇叶片与扇叶箱内壁的撞击通过径向约束装置将大量载荷传给了整流罩,并且(2)整流罩结构中的相关应力超过了整流罩的强度,导致其故障。

     

    • 机舱后挡板靠近机舱窗户的内侧风扇整流罩后部闩锁保持器的撞击导致窗户离开飞机,机舱快速降压以及乘客死亡。

     

    • 这次事故表明,安装在波音737NG飞机上的整流罩很容易受到径向约束装置附近的风扇叶片撞击位置的影响,并且这种撞击对整流罩的结构完整性造成了影响。

     

    • 鉴于CFM的发动机风扇叶片FBO密闭性认证测试的结果以及波音随后对FBO事件对机体的影响进行的结构分析,无法预测此事故期间发生的FBO后事件。

     

    • 当前用于分析FBO事件并预测随后的发动机和机身损坏的结构分析建模工具将使飞机制造商能够更好地了解FBO事件期间发动机与机身的相互作用以及发动机的响应。飞机正常运行范围内的进气口,整流罩和相关结构。

     

    • 完成标准操作程序所要求的检查单是安全飞行的关键部分。但是,考虑到这次飞行中的紧急情况,机组会部分执行了发动机失火或发动机严重损坏或分离非正常检查单,以及其他三个相关非正常检查单以使机组适当的平衡“完成程序要求的检查单”与“操纵飞机以及完成高负荷下安全及时的下降和着陆相关的任务”之间取得适当的平衡。

     

    • 考虑到出现特情时飞机的位置、特情的性质、机场的跑道数量以及机场的救援和消防能力,机组人员决定降落在费城国际机场是恰当的。

     

    • 尽管这不是造成这次事故的因素,但考虑到降落后需要紧急疏散的情况,乘务员应当尽可能的在降落前回到制定的座椅号位。

     

    • 美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)针对在机上座位量出现空中不足的情况下重新安置乘客的选择的指南,将帮助航空承运人实施解决此问题的程序。

     


    建议

     

    FAA的建议

    • 要求波音公司确定CFM56-7B发动机扇叶箱上的关键风扇叶片撞击位置,并在所有波音737NG飞机上重新设计整流罩结构,以确保FBO事件发生后整流罩的结构完整性。A-19-17

     

    • 完成安全建议A-19-17中要求的操作后,要求波音公司在新生产的737NG飞机上安装重新设计的整流罩结构。A-19-18

     

    • 一旦完成了安全建议A-19-17中要求的操作,就要求波音737NG飞机的运营人用重新设计的整流罩结构对飞机进行改装。A-19-19

     

    • 扩展《联邦法规》标题14的第25部分和第33部中关于关于认证的要求,以强制飞机和发动机制造商共同努力,以(1)分析所有发动机任何情况下的所有关键风扇叶片撞击位置,产生的风扇叶片碎裂以及(2)开发一种方法,以确保在发动机短舱结构及其部件的设计中充分考虑到分析结果。A-19-20

     

    • 制定并发布有关航空承运人如何消除因飞行中座位容量不足而对乘客造成危害的方法的指南。(A-19-21

     

    给西南航空的建议

    • 将在西南航空1380航班事故中获得的经验教训纳入乘务员初始和复训培训中,强调在紧急着陆期间必须在安全座椅上就坐的重要性。A-19-22

     

    给欧洲航空安全局的建议

    • 扩展对运输类飞机和飞机发动机的认证要求,以要求飞机和发动机制造商共同努力,以(1)分析所有发动机任何情况下的所有关键风扇叶片撞击位置,所产生的风扇叶片碎裂以及对发动机的影响。风机叶片在机舱结构上产生的载荷和(2)开发了一种方法,以确保在发动机短舱结构及其组件的设计中充分考虑到分析结果。A-19-23




    整个事故报告长175页,小编能力有限,只能将其概要进行简单梳理。小编建议有兴趣的小伙伴可以阅读一下整个报告。



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