Awaria silnika turbinowego - Turbine engine failure
Awaria silnika turbinowego występuje, gdy silnik turbinowy nieoczekiwanie przestaje produkować energię z powodu awarii innych niż wyczerpania paliwa . Często dotyczy to samolotów , ale inne silniki turbinowe mogą ulec awarii, takie jak turbiny naziemne stosowane w elektrowniach lub połączone statki i pojazdy napędzane olejem napędowym i gazem .
Niezawodność
Silniki turbinowe stosowane w dzisiejszych samolotach z napędem turbinowym są bardzo niezawodne . Silniki działają wydajnie dzięki regularnym przeglądom i konserwacji. Jednostki te mogą mieć życie w ciągu tysięcy godzin pracy. Jednak czasami zdarzają się awarie lub awarie silnika, które wymagają wyłączenia silnika podczas lotu. Ponieważ samoloty wielosilnikowe są projektowane do latania z jednym silnikiem niepracującym, a załogi lotnicze są szkolone do latania z jednym silnikiem niepracującym, wyłączenie silnika podczas lotu zwykle nie stanowi poważnego problemu związanego z bezpieczeństwem lotu.
Federal Aviation Administration (FAA) był cytowany jako stwierdzające silniki turbinowe mają wskaźnik awaryjności jeden na 375.000 godzin lotu, w porównaniu do jednego co 3200 godzin lotu do tłokowych silników lotniczych. Z powodu „brutto zaniżonych raportów” dotyczących wyłączeń silników tłokowych lotnictwa ogólnego (IFSD), FAA nie ma wiarygodnych danych i oceniła wskaźnik „od 1 na 1000 do 1 na 10 000 godzin lotu”. Continental Motors donosi, że FAA stwierdza, że silniki lotnictwa ogólnego doświadczają jednej awarii lub IFSD co 10 000 godzin lotu, a jej silniki Centurion mają jeden na 20 704 godziny lotu, obniżając się do jednego na 163 934 godzin lotu w latach 2013-2014.
General Electric GE90 posiada wskaźnik w locie zamykania (IFSD) jednego na milion roboczogodzin silników lotniczych. Pratt & Whitney Kanada PT6 znana jest niezawodność przy szybkości zamykania w locie jeden na 333.333 godzin od 1963 do 2016 roku, obniżenie do jednego na 651.126 godzin w ciągu 12 miesięcy w 2016 r.
Awaryjne lądowanie
Po wyłączeniu silnika lądowanie zapobiegawcze jest zwykle wykonywane przy użyciu lotniskowego sprzętu gaśniczego i ratowniczego umieszczonego w pobliżu pasa startowego. Szybkie lądowanie stanowi zabezpieczenie przed ryzykiem, że inny silnik ulegnie awarii w dalszej części lotu lub że awaria silnika, która już wystąpiła, mogła być spowodowana lub była spowodowana przez inne nieznane dotąd uszkodzenia lub nieprawidłowe działanie systemów statku powietrznego (takie jak pożar lub uszkodzenia urządzeń sterujących lotem statku powietrznego), które mogą stanowić ciągłe zagrożenie dla lotu. Gdy samolot wyląduje, personel straży pożarnej pomaga w kontroli samolotu, aby upewnić się, że jest on bezpieczny, zanim zacznie kołować na miejsce parkingowe.
wiropłat
Turbośmigłowy parowe samolotów i Turboshaft parowe śmigłowce są także napędzane przez silniki turbinowe i mogą ulec awarii silnika dla wielu podobnych powodów jak jet szybowców. W przypadku awarii silnika w śmigłowcu, pilot często może wejść w autorotację , używając nienapędzanego wirnika do spowolnienia opadania samolotu i zapewnienia kontroli, zwykle umożliwiającej bezpieczne lądowanie awaryjne nawet bez mocy silnika.
Wyłączenia, które nie są awariami silnika
Większość przestojów podczas lotu jest nieszkodliwa i prawdopodobnie nie zostanie zauważona przez pasażerów. Na przykład rozważne może być wyłączenie silnika przez załogę i wykonanie lądowania zapobiegawczego w przypadku ostrzeżenia o niskim ciśnieniu oleju lub wysokiej temperaturze oleju w kokpicie. Jednak pasażerowie samolotu z napędem odrzutowym mogą być bardzo zaniepokojeni innymi zdarzeniami w silniku, takimi jak skok sprężarki – usterka, która charakteryzuje się głośnym hukiem, a nawet płomieniami z wlotu silnika i rury wydechowej. Skok sprężarki to zakłócenie przepływu powietrza przez silnik odrzutowy z turbiną gazową, które może być spowodowane pogorszeniem się stanu silnika, bocznym wiatrem nad wlotem silnika, gromadzeniem się lodu wokół wlotu silnika, spożyciem obcego materiału lub awarią elementu wewnętrznego, taką jak złamane ostrze . Chociaż ta sytuacja może być niepokojąca, silnik może odzyskać sprawność bez uszkodzeń.
Inne zdarzenia, które mogą mieć miejsce w przypadku silników odrzutowych, takie jak usterka kontroli paliwa, mogą powodować nadmiar paliwa w komorze spalania silnika . To dodatkowe paliwo może skutkować płomieniami wychodzącymi z rury wydechowej silnika. Choć mogłoby się to wydawać niepokojące, w żadnym momencie sam silnik nie płonie.
Ponadto awaria niektórych elementów silnika może spowodować uwolnienie oleju do powietrza nawiewanego, co może powodować nieprzyjemny zapach lub oleistą mgłę w kabinie. Nazywa się to zdarzeniem oparów . Zagrożenia związane z oparami są przedmiotem debaty zarówno w lotnictwie, jak i medycynie .
Możliwe przyczyny
Awarie silnika mogą być spowodowane przez problemy mechaniczne w samym silniku, takie jak uszkodzenie części turbiny lub wycieki oleju, a także uszkodzenia poza silnikiem, takie jak problemy z pompą paliwową lub zanieczyszczenie paliwa. Awaria silnika turbinowego może być również spowodowana czynnikami całkowicie zewnętrznymi, takimi jak popiół wulkaniczny , zderzenia ptaków lub warunki pogodowe, takie jak opady lub oblodzenie . Takiemu zagrożeniu pogodowemu można czasem przeciwdziałać, stosując dodatkowe systemy zapłonowe lub przeciwoblodzeniowe.
Awarie podczas startu
Procedura startu samolotu z napędem turbinowym ma na celu zapewnienie, że awaria silnika nie zagrozi lotowi. Odbywa się to poprzez planowanie startu wokół trzech krytycznych prędkości V , V1, VR i V2. V1 to krytyczna prędkość rozpoznania awarii silnika, prędkość, przy której start może być kontynuowany w przypadku awarii silnika, oraz prędkość, przy której droga zatrzymania nie jest już gwarantowana w przypadku przerwania startu . VR to prędkość, z jaką nos jest unoszony z pasa startowego, proces znany jako rotacja. V2 to prędkość bezpieczeństwa pojedynczego silnika, prędkość wznoszenia pojedynczego silnika. Użycie tych prędkości zapewnia, że albo wystarczający ciąg do kontynuowania startu, albo wystarczająca droga hamowania, aby go odrzucić, będą dostępne przez cały czas.
Awaria podczas dłuższych operacji
Aby umożliwić dwusilnikowym samolotom loty na dłuższych trasach, które są ponad godzinę od odpowiedniego lotniska objazdowego, stosuje się zestaw zasad znany jako ETOPS (Extended Twin-engine Operational Performance Standards) zapewniający, że samoloty napędzane dwoma silnikami turbinowymi są w stanie bezpiecznie dotrzeć do lotniska objazdowego po awarii lub wyłączeniu silnika, a także zminimalizować ryzyko awarii. ETOPS obejmuje wymagania dotyczące obsługi, takie jak częste i skrupulatnie rejestrowane inspekcje oraz wymagania operacyjne, takie jak szkolenie załóg lotniczych i procedury specyficzne dla ETOPS.
Powstrzymane i niepowstrzymane awarie
Awarie silnika mogą być klasyfikowane jako „zamknięte” lub „niezamknięte”.
- Zamknięta awaria silnika to taka, w której wszystkie wewnętrzne elementy obrotowe pozostają wewnątrz obudowy silnika lub są w niej osadzone (w tym wszelkie osłony stanowiące część silnika) lub wychodzą z silnika przez rurę wydechową lub wlot powietrza.
- Zdarzenie niezabezpieczonego silnika ma miejsce, gdy awaria silnika skutkuje przedostaniem się i ucieczką fragmentów obracających się części silnika przez obudowę silnika.
Bardzo specyficzne techniczne rozróżnienie między usterką a niekontrolowaną awarią silnika wywodzi się z wymagań regulacyjnych dotyczących projektowania, testowania i certyfikacji silników lotniczych zgodnie z Częścią 33 Federalnych Przepisów Lotniczych Stanów Zjednoczonych , która zawsze wymagała, aby turbinowe silniki lotnicze były projektowane w taki sposób, aby zapobiegały powstawaniu uszkodzeń. od awarii łopat wirnika. Zgodnie z częścią 33, producenci silników są zobowiązani do przeprowadzania testów oderwania łopatek w celu zapewnienia powstrzymania odłamków w przypadku oddzielenia łopatek. Fragmenty łopat wychodzące z wlotu lub wylotu nadal mogą stanowić zagrożenie dla samolotu, co powinno być brane pod uwagę przez konstruktorów samolotu. Należy zauważyć, że nominalnie ograniczona awaria silnika może nadal skutkować odlotem części silnika ze statku powietrznego, o ile części silnika wychodzą przez istniejące otwory we wlocie lub wylocie silnika i nie tworzą nowych otworów w osłonie obudowy silnika. Fragmenty łopatek wentylatora odlatujące przez wlot mogą również spowodować, że części płatowca, takie jak kanał wlotowy i inne części gondoli silnika, odejdą od samolotu z powodu deformacji spowodowanej resztkową energią kinetyczną fragmentu łopatki wentylatora.
Zabezpieczanie uszkodzonych części wirujących jest złożonym procesem, który obejmuje interakcje o wysokiej energii i dużej prędkości wielu lokalnie i zdalnie zlokalizowanych elementów silnika (np. uszkodzone łopaty, inne łopatki, konstrukcja ograniczająca, sąsiednie obudowy, łożyska, wsporniki łożysk, wały, łopatki, oraz elementy montowane na zewnątrz). Po rozpoczęciu się awarii mogą wystąpić zdarzenia wtórne o charakterze losowym, których przebiegu i ostatecznego wniosku nie można dokładnie przewidzieć. Niektóre z oddziaływań strukturalnych, które zaobserwowano wpływające na zabezpieczenie, to odkształcenie i/lub ugięcie łopatek, obudowy, wirnika, ramy, wlotu, listew ściernych obudowy i konstrukcji zabezpieczającej.
Niezamknięte awarie tarczy silnika turbinowego w silniku lotniczym stanowią bezpośrednie zagrożenie dla samolotu, jego załogi i pasażerów, ponieważ fragmenty tarcz o wysokiej energii mogą przeniknąć do kabiny lub zbiorników paliwa, uszkodzić powierzchnie sterowe lotu lub odciąć łatwopalne płyny lub przewody hydrauliczne. Obudowy silników nie są przeznaczone do przechowywania uszkodzonych tarcz turbin. Zamiast tego ryzyko niezabezpieczonej awarii dysku jest ograniczane przez wyznaczenie dysków jako części krytycznych dla bezpieczeństwa, definiowanych jako części silnika, których awaria może stanowić bezpośrednie zagrożenie dla statku powietrznego.
Wybitne niezabezpieczone wypadki awarii silnika
- National Airlines Flight 27 : McDonnell Douglas DC-10 lecący z Miami do San Francisco w 1973 roku miał awarię nadmierną prędkości w General Electric CF6 -6, co spowodowało jedną ofiarę śmiertelną.
- Dwa loty PLL LOT , oba Iljuszyn Ił-62 , doznały w latach 80. katastrofalnych awarii silników bez obudowy. Pierwszy miał miejsce w 1980 roku w locie 7 Polskich Linii Lotniczych LOT, gdzie zniszczono sterowanie, zabijając wszystkich 87 na pokładzie. W 1987 roku podczas lotu 5055 PLL LOT wewnętrzny lewy silnik samolotu (#2) uszkodził lewy silnik zewnętrzny (#1), podpalając się i powodując utratę sterów lotu, co w efekcie doprowadziło do katastrofy, w której zginęli wszyscy. 183 osoby na pokładzie. W obu przypadkach wał turbiny w silniku nr 2 uległ dezintegracji z powodu wad produkcyjnych łożysk silników, w których brakowało rolek.
- Tu-154 krach pobliżu Krasnojarska był głównym katastrofy samolotów, które miały miejsce w niedzielę, 23 grudnia 1984 roku w okolicach Krasnojarska. Samolot Tu-154B-2 1. Krasnojarskiej Zjednoczonej Jednostki Lotniczej (Aeroflot) wykonał lot pasażerski SU-3519 na trasie Krasnojarsk-Irkuck, ale podczas wznoszenia silnik nr 3 uległ awarii. Załoga zdecydowała się na powrót na lotnisko odlotu, ale podczas podejścia do lądowania wybuchł pożar, który zniszczył systemy sterowania iw rezultacie samolot spadł na ziemię 3200 metrów od progu pasa startowego lotniska Jemelyanovo i upadł. Ze 111 osób na pokładzie (104 pasażerów i 7 członków załogi) przeżyła jedna. Przyczyną katastrofy było zniszczenie tarczy pierwszego stopnia obwodu niskiego ciśnienia silnika nr 3, do którego doszło na skutek występowania pęknięć zmęczeniowych. Pęknięcia spowodowane były wadą produkcyjną – włączeniem związku tytanowo-azotowego o wyższej mikrotwardości niż materiał pierwotny. Stosowane wówczas metody wytwarzania i naprawy dysków oraz środki kontroli okazały się częściowo przestarzałe, przez co nie zapewniały skuteczności kontroli i wykrywania takiej wady. Sama wada powstała prawdopodobnie na skutek przypadkowego połknięcia gąbki tytanowej lub wsadu do wytopu wlewka z kawałka wzbogaconego azotem.
- Cameroon Airlines Flight 786 : Boeing 737 lecący między Doualą i Garoua w Kamerunie w 1984 roku miał awarię silnika Pratt & Whitney JT8D -15. Zginęły dwie osoby.
- British Airtours Flight 28M : Boeing 737 lecący z Manchesteru na Korfu w 1985 roku doznał awarii silnika i pożaru podczas startu. Start został przerwany, samolot skręcił w drogę kołowania i rozpoczął ewakuację. Pięćdziesięciu pięciu pasażerów i załogi nie było w stanie uciec i zmarło z powodu wdychania dymu. Wypadek doprowadził do poważnych zmian w celu poprawy przeżywalności ewakuacji samolotów.
- Lot 232 United Airlines : samolot McDonnell Douglas DC-10 lecący z Denver do Chicago w 1989 roku. Awaria tylnego silnika General Electric CF6-6 spowodowała utratę całej hydrauliki, zmuszając pilotów do próby lądowania przy użyciu mechanizmu różnicowego . Było 111 ofiar śmiertelnych. Przed tą awarią prawdopodobieństwo jednoczesnej awarii wszystkich trzech systemów hydraulicznych było uważane za niskie, jak jeden na miliard. Jednak modele statystyczne nie stanowią stanowisko numer dwa silnika, zamontowany na zakończenie ogona do przewodów hydraulicznych, ani wyników fragmentów opublikowanych w wielu kierunkach. Od tego czasu projekty silników lotniczych koncentrowały się na zapobieganiu przebijaniu osłony lub przewodów od odłamków , coraz częściej wykorzystując materiały kompozytowe o wysokiej wytrzymałości , aby uzyskać odporność na przebicie przy zachowaniu niskiej masy.
- Baikal Airlines Flight 130 : rozrusznik silnika nr 2 na Tu-154 lecącym z Irkucka do Domodiedowa w Moskwie w 1994 roku nie zatrzymał się po uruchomieniu silnika i kontynuował pracę przy ponad 40 000 obr./min z otwartymi zaworami upustowymi z silników, co spowodowało niepowstrzymana awaria rozrusznika. Oderwana tarcza turbiny uszkodziła przewody paliwowe i olejowe (co spowodowało pożar) oraz przewody hydrauliczne. System gaśniczy nie powstrzymał pożaru i samolot skierował się z powrotem do Irkucka. Jednak z powodu utraty ciśnienia hydraulicznego załoga straciła kontrolę nad samolotem, który następnie rozbił się na farmie mlecznej, zabijając wszystkich 124 na pokładzie i jednego na ziemi.
- W dniu 8 czerwca 1995 roku, DC-9-32 wykonujący usługę jako lot ValuJet 597, doznał awarii silnika niezabezpieczonego dysku sprężarki wysokiego ciśnienia 7 stopnia z powodu niedostatecznej kontroli skorodowanego dysku, w wyniku czego nastąpiło pęknięcie, które spowodowało przepływ paliwa do silników odrzutowych do kabiny i odpalić, ogień spowodował, że odrzutowiec był odpisem.
- Lot Delta Air Lines 1288 : McDonnell Douglas MD-88 lecący z Pensacola na Florydzie do Atlanty w 1996 roku miał pękniętą piasty wirnika sprężarki w jednym z silników Pratt & Whitney JT8D- 219. Dwóch zmarło.
- TAM Lot 9755 : a Fokker 100 , odchodząc Recife / Guararapes-Gilberto Freyre International Airport do międzynarodowego lotniska w Sao Paulo / Guarulhos w dniu 15 września 2001, doznał uncontained awarię silnika, w którym fragmenty silnika rozbity trzy okna kabiny, powodując dekompresję i ciągnąc pasażer częściowo z samolotu. Inny pasażer trzymał pasażera do czasu lądowania samolotu, ale pasażer wyrzucony przez okno zmarł.
- Qantas Flight 32 : Airbus A380 lecący z Londynu Heathrow do Sydney (przez Singapur) w 2010 r. miał niepowstrzymaną awarię silnika Rolls-Royce Trent 900 . Stwierdzono, że awaria była spowodowana niewspółosiowym otworem pogłębiacza w króćcu rury olejowej, co prowadziło do pęknięcia zmęczeniowego. To z kolei doprowadziło do wycieku oleju, a następnie do pożaru oleju w silniku. Pożar doprowadził do uwolnienia dysku pośredniej turbiny ciśnieniowej (IPT). Samolot wylądował jednak bezpiecznie. Doprowadziło to do uziemienia całej floty Qantas A380.
- British Airways Flight 2276 : Boeing 777-200ER lecący z Las Vegas do Londynu w 2015 r. doznał podczas startu awarii silnika nr 1 GE90 , co spowodowało duży pożar na jego lewej burcie. Samolot pomyślnie przerwał start i ewakuowano go bez ofiar śmiertelnych.
- Southwest Airlines Flight 3472 : Boeing 737-700 lecący z Nowego Orleanu do Orlando w 2016 roku doznał awarii silnika nr 1 podczas wznoszenia, co spowodowało przebicie lewej strony kadłuba, co spowodowało utratę ciśnienia w kabinie i uszkodzenie skrzydło i usterzenie. Samolot skierował się na międzynarodowe lotnisko Pensacola na Florydzie w celu bezpiecznego lądowania na pasie 17 około 20 minut później bez dalszych incydentów. Nie było obrażeń.
- Lot 383 American Airlines : Boeing 767-300ER lecący z Chicago do Miami w 2016 roku doznał awarii silnika nr 2 podczas startu, co spowodowało duży pożar, który zniszczył prawe skrzydło zewnętrzne. Samolot przerwał start i został ewakuowany z 21 drobnymi obrażeniami, ale bez ofiar śmiertelnych.
- Air France Flight 66 : Airbus A380 , rejestracja F-HPJE, wykonując lot z Paryża we Francji do Los Angeles w Stanach Zjednoczonych, był na trasie około 200 mil morskich (230 mil; 370 km) na południowy wschód od Nuuk na Grenlandii, kiedy ucierpiał katastrofalna awaria silnika w 2017 roku. Załoga zeszła z samolotu i skierowała się do Goose Bay w Kanadzie, gdzie około dwie godziny później bezpiecznie wylądowała.
Bibliografia
- Ten artykuł zawiera tekst z publikacji Narodowej Rady Bezpieczeństwa Transportu Stanów Zjednoczonych . które można znaleźć tutaj [1] Jako dzieło rządu federalnego Stanów Zjednoczonych, źródło znajduje się w domenie publicznej i może być swobodnie adaptowane zgodnie z tytułem 17 USC; Rozdział 1; §105 (patrz Wikipedia:Domena publiczna ).