民航客机发动机转子非包容性损坏分析

       发动机转子非包容性损坏是指由于环境（鸟撞、腐蚀、外来物破坏）、制造和材料缺陷、机械、人为等因素（维修、检查、运行程序不当），导致发动机转子碎片从发动机甩出而可能对飞机造成危害的任何损坏。尽管涡轮发动机和APU制造商正竭力减小非包容性转子损坏的可能性，但是事实表明非包容性压气机和涡轮转子损坏仍然在不断发生。

1989年7月19日，美联航一架编号为232号的DC-10班机因二号发动机扇叶片脱落损坏了机上所有液压系统，导致飞机无法正常控制，在依阿华州苏城紧急降落时发生翻覆，285 名乘客中有111人死亡。2010年11月4日，澳航的空客A380从新加坡起飞不久后一侧发动机发生爆炸，碎片击穿飞机左翼，左翼中部燃料箱被击穿漏油；靠近尾部的燃料供应系统受损；部分刹车和近地扰流器失灵；2套液压系统中的1套严重受损；一台发电机及其相关系统停止工作；防滑制动系统失灵。客机急降新加坡樟宜国际机场，所幸机上459人无一受伤。

涡轮发动机的损坏会导致高速碎片穿透邻近结构、燃油箱、机身、系统元器件和飞机上的其他发动机，对飞机以及机上人员的安全造成严重威胁。本研究在分析相关适航条款的基础上，说明了减少发动机非包容性转子损坏危害的部分设计防护措施，并给出了一种发动机转子非包容性损坏的风险分析方法，从而最大程度地减小非包容转子对飞机结构及系统的影响。

要完全消除非包容性转子损坏不大可能，所以FAA（美国联邦航空局）发布的FAR第23部（正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航标准）和25部（运输类飞机适航标准）都要求飞机设计采取措施把此类事件造成的危害减至最小。

适航条款

1FAA第33部

限于现有的制造和材料等因素，随着飞行时数的增加，长期工作在严酷环境下的飞机发动机涡轮叶片因使用寿命等造成老化和断裂的问题几乎不可避免。FAA认为只要能够保证发动机机匣的包容性（不飞出机匣损坏机体），飞机在发动机涡轮叶片断裂以后可以通过关闭故障发动机返场着陆，并且认为发动机转子的完整性和机匣的包容性应是发动机制造商的责任（已经写在33部（发动机适航标准）内）。

然而使用经验及飞机的服役经历显示发动机转子非包容性爆裂事件仍然以相当可观的概率发生着（从上文SAE统计数据可以得到676/（1089.6×10⁶）=0.62×10^-6）。所以FAA认为，必须要有33部规定以外的并比它要求更高的关于发动机安装方面的安全防护措施。

2FAA第25部

在1970年5月8日生效的25-23号修正案中，FAA提出了25部对转子爆裂非包容性的防护要求，即25.903（d）（1）。

25.903（d）（涡轮发动机的安装）（1）指出，“必须采取设计预防措施，能在一旦发动机转子损坏或发动机内起火烧穿发动机机匣时，对飞机的危害减至最小”。涉及条款包括25.863（可燃液体的防火）、25.365（增压舱载荷）、25.571（结构的损伤容限和疲劳评定）、25.963（燃油箱：总则）、25.1189（切断措施）、25.1461（含高能转子的设备）等。

FAA于1988年在25.903（d）修订后（Amdt.23）发布了咨询通报（Advisory Circu lar）AC 20-128，其中的信息基本与先前的FAA Order8110.11（1975年11月19日）一致。有关AC 20-128的修订工作于1989年美联航232 空难后开展，其最终于1997年3月25号正式发布。AC20-128给出了把涡轮发动机和辅助动力装置非包容性转子损坏的危害减至最小的设计考虑，并为达到以上目标提供了指南。

设计考虑

在1989年7月19日的“苏城空难”中，由于发生故障的二号发动机是DC-10垂尾上的发动机，重达160kg的涡轮在飞行途中突然断裂，损坏了垂尾发动机罩，碎片同时破坏了尾翼的3 套液压系统，导致飞机无法正常操纵，结果酿成悲剧。如果在飞机设计之初就考虑好关键系统的布置，悲剧也许可以避免。

AC 20-128指出，“减轻发动机和APU 非包容性转子损坏危害的最有效的方法包括：（i）将关键元器件置于可能的碎片撞击区之外；或者（ii）分离、隔开、冗余和遮护飞机关键元器件和/或系统”。AC 20-128不仅明确了“飞机关键元器件/系统/区域”，而且给出了划定发动机转子发生非包容性损坏受影响区域的方法。

1关键元器件/系统/区域

飞机关键元器件/系统/区域包括：（1）其他任何发动机或提供必需功能的APU ；（2）机身增压段以及机身、机翼和尾段的其他主要结构；（3）驾驶舱区域；（4）燃油系统元器件、管道和油箱；（5）控制系统，例如主与副飞行操纵、电源电缆、液压系统、发动机控制系统、可燃液体切断阀以及有关的作动线路或钢索；（6）货舱、APU或另一发动机的任何灭火系统，包括通往这些系统的电气线路和灭火剂管道；（7）发动机进气附件；（8）继续安全飞行和着陆所必需的仪表；（9）无意打开可能会造成灾难性后果的反推力系统；（10）高度飞行的飞机的氧气系统。

2受影响区域

发动机转子非包容性损坏影响区域即飞机在转子损坏中产生的非包容碎片可能影响到的区域，为转子碎片飞散不同角度所形成的平面与飞机区域的叠加。AC 20-128明确了转子碎片飞散角的定义，即从单级转子旋转平面的中心（与发动机或APU 轴心线的交点）处向前及向后所量得的表示转子碎片可能散布范围的一个角度。