从美国西南航空B737发动机失效事件，了解发动机转子爆破

01  事件回顾

美国当地时间 2018 年 4 月 17 日，西南航空一架波音 737 飞机（注册号：N772SW），巡航阶段左侧发动机发生失效，进气道和部分整流罩脱落，发动机起火，事故飞机最后成功迫降。

机上共 148 人，其中机组 5 人，乘客 143 人。此次事故导致 1 名乘客遇难，7 名乘客受伤，飞机左发短舱及舷窗等严重损坏。

单发运行情况下，成功迫降该航班的女飞行员 Tammie Jo Shults 被赞是 “美国英雄”。Tammie 今年 56 岁，曾在美国海军服役 10 年，是美国海军中最早驾驶 F18 战斗机的女飞行员之一。

事故飞机机龄 17 年零 10 个月，装配了两台 CFM56-7B24 发动机。值得关注的是，这是美国西南航空 B737 飞机两年内发生的第二起类似事故。

注：2016 年 8 月 27 日，西南航空一架 B737-700 飞机（N766SW）执行美国新奥尔良到奥兰多的飞行任务，飞机在巡航阶段左发（CFM56）失效，碎片击穿机身，造成客舱失压，所幸无人员伤亡。

02  初步事故调查

美国国家运输安全委员会（NTSB），事发当日下午 4:30 到达现场开展调查。

初步现场勘查发现，发动机的 13 号叶片在与轮毂连接处断裂丢失，脱落位置有金属疲劳痕迹。

发动机整流罩脱落部件在费城机场西北 70 英里处被发现。飞机的 FDR 和 CVR 已被运回 NTSB 华盛顿总部实验室进行分析。

根据目前掌握的线索，该起事件很可能由于金属疲劳问题，导致风扇叶片断裂。叶片飞脱后，发动机可能发生了非包容性转子爆破。

因此，它造成的影响不仅仅是发动机空中停车那么简单，更严重的是，它损害了发动机和飞机机身结构，并严重威胁乘客安全。

本次事故中，风扇碎片不受控地飞射，击穿机身，击碎舷窗，客舱失压，氧气面罩自动放下，左发动机起火并空中停车，甚至一名乘客差点被吸出窗外。

所幸转子爆破并未造成飞机控制能力完全丧失，女机长实现了成功迫降。

注：这里仅是事故原因的推测，具体要以 NTSB 最终报告为准。

03  FAA 发布紧急适航指令

美国联邦航空局 FAA 于当地时间 2018 年 4 月 20 日，发布了针对 CFM56-7B 发动机的紧急适航指令（Emergency Airworthiness Directive, EAD），如下图。

这份紧急适航指令要求在 20 天内，对所有飞行循环为 30000 及以上的 CFM56-7B 发动机的全部 24 个风扇叶片进行超声检测，以排除裂纹隐患。一旦发现问题，应立即更换。

受此影响，中国引进的部分装配 CFM56-7B 发动机的波音 737，也需完成相关检查。

此外，针对飞行循环为 30000 以下的 CFM56-7B 发动机，FAA 通过发布服务通告，提供了处理方案。

04  什么是发动机转子爆破？

定义：

发动机非包容性转子爆破，是指发动机转子部件在高速旋转时断裂，产生不同尺寸的碎片。这些高能碎片击穿发动机机匣，沿不同的角度飞射出去，从而损坏周围结构、系统设备、管路线路等。

这类的发动机转子失效形式，就称为 “非包容性转子爆破”，简称 “转子爆破”。

发动机转子爆破，是飞机高能转子失效的一种，另外两种常见的高能转子失效还包括 APU 非包容性转子爆破，和 RAT 转子爆破。

当飞机发动机发生转子爆破时，意味着发动机某些轮盘和叶片可能发生断裂。它产生的碎片可能穿透邻近结构、燃油箱、机身、系统设备和飞机上的其他发动机，对飞行安全和乘客生命造成极大风险。

尽管 CCAR33.75 和 CCAR33.94 条款中都有对碎片包容性的要求，且发动机制造商也在竭力减小非包容性转子爆破发生的概率，但根据实际航线运营经验，发动机转子爆破事件仍然不断发生（上面就是典型示例）。

因为很难完全消除转子爆破对飞机造成的损坏，所以 CCAR25 部要求飞机制造商必须采取措施，把转子爆破造成的危害减至最小。

05  转子爆破相关适航条款

与发动机非包容性转子爆破，这项特定风险相关的适航条款有 CCAR/FAR/CS 25.903(d)(1)、25.1309(b)、25.365(e)(1)、25.963(e)(1)、25.1189(g) 和 25.571(e)。

这些条款的内容摘要如下：

06  开展转子爆破分析的思路

发动机转子爆破特定风险分析，是特定风险分析 （PRA, Particular Risks Analysis）中极为重要的一项工作。    

一般可根据发动机和各系统的安装位置，来分析转子爆破的影响区域和碎片飞射路径。

对于翼吊发动机的常规布置，转子爆破影响范围通常包括中机身、两侧机翼、发动机吊挂、其他发动机等。

转子爆破会产生大碎片和小碎片。大碎片具有无限能量，分析时可采用 “无限穿透” 的假设（有人说高能碎片击穿机身，就像刀切豆腐一样 easy，一点都不为过）。

而小碎片具有有限能量，通常增压舱蒙皮、铝制机翼蒙皮、吊挂结构等，均可抵挡小碎片。

对于发动机转子爆破，FAA 发布了咨询材料 AC20-128A。在开展发动机非包容性转子爆破特定风险分析时，应考虑如下假设：

1. 无论转子大碎片来自发动机风扇、压气机、低压涡轮还是高压涡轮，其具有的能量假设为无穷大。因此转子大碎片可摧毁其飞射路径上的所有管路、电缆和未加防护的结构，并且不会改变其原始轨迹。但认为防护挡板和受撞击的发动机能够阻挡大碎片；

2. 在考虑转子大碎片对飞机的影响时，假设只有一个碎片作用于机体；

3. 系统设备或元器件一旦被碎片碰到，即认为已经失效了。换言之，被转子爆破碎片击中的设备，其失效概率为 1；

4. 机组人员均在正常工作状态下。

根据 AC20-128A，发动机转子爆破特定风险分析，可以按照如下步骤进行：

1. 根据发动机转子参数，建立发动机转子爆破碎片模型；

2. 根据转子爆破碎片模型确定影响范围，及受影响的系统和设备；

3. 受影响的系统考虑和采取设计预防措施，尽量降低转子爆破风险。设计措施主要包括隔离、阻挡和冗余：尽量将系统设备布置在影响区域之外，尽量依靠结构件对系统设备进行阻挡保护，或者采取冗余设计并确保冗余设备不会同时受转子爆破损坏；

4. 系统采取设计预防措施之后，仍需评估转子爆破对系统的安全性影响，确定发动机转子爆破可能会对系统造成的失效状态及影响等级；之后根据各系统分析，评估转子爆破可能对飞机造成的失效状态及其影响等级；

5. 如果可能导致飞机发生灾难性失效状态，则需要计算其剩余风险；

6. 如果剩余风险满足要求，则提交适航审查方审查；如果不满足要求，则需要进行设计更改，降低转子爆破风险，直至剩余风险满足要求。

此外，在开展转子爆破特定风险分析时，要特别关注此风险的级联影响。

例如飞控系统可能不受转子爆破的直接影响，但转子爆破可能导致液压、电源、EWIS等失效，对飞控系统产生间接影响，从而影响飞机安全。