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“鐵幕”下飛濺的發動機渦輪盤:致87人遇難的波蘭航空007號空難

“鐵幕”下飛濺的發動機渦輪盤:致87人遇難的波蘭航空007號空難

喬善勳/文

1980年3月14日,一架執飛波蘭航空007號(LO007)航班的伊爾-62客機,在波蘭華沙奧肯切機場(現在的肖邦機場)復飛時,遭遇非包容性發動機故障墜毀,事故導致機上87人全部遇難,創下當時波蘭史上最慘痛的空難傷亡紀錄。然而如此慘痛的事故並未解決災難性的發動機問題,7年後,類似悲劇再度重創波蘭。

1987年5月9日,一架執飛波蘭航空5055號(LO5055)航班的伊爾-62M客機,在波蘭華沙附近的卡巴迪森林(Kabaty Woods)自然保護區外圍墜毀。事故原因是非包容性發動機故障導致飛機空中起火,飛機失控墜毀。該起事故導致機上183人全部遇難,刷新了波蘭最慘痛的空難傷亡紀錄。

令人遺憾的是,007號航班事故後波蘭方面就曾指出:金屬疲勞導致的發動機低壓渦輪軸解體,而使用金屬材料不當和低壓渦輪軸設計失誤是導致金屬疲勞的主要因素。波蘭提出這些問題,而蘇聯的設計師、工程師否認了這些原因,後者表示是發動機故障導致斷軸。5055號航班事故後,類似的報告再被送到莫斯科,蘇聯方面再度否認。隨後就發生了東歐劇變,波蘭航空也開始用波音767替換伊爾-62。

圖、《國際民航公約》附件13封面

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現在國際航空業已經習慣了共享經驗,公開透明原則成爲國際慣例,只有少數是例外。現在大多數國家發生空難,基本都會按照《國際民航公約》附件13的要求發佈發一份官方事故調查報告。其中明確指出,調查事故或事故徵候的唯一目的是防止事故或事故徵候。這一活動的目的不是爲了分攤過失或責任。

然而,在前《華沙條約》中則是相反的情況。蘇聯及其盟國,包括波蘭在內,並沒有將航空事故視爲公共利益問題。在蘇聯,除非有外國人遇難,否則他們的報紙根本不會報道空難信息。官方調查報告通常很簡短,並被視爲秘密。實際上,蘇聯調查人員的技術知識和能力和西方的同行旗鼓相當,但他們的政治目的不同。對蘇聯而言,官方事故調查的目的不僅是爲了加強安全,而是爲了確定是否存在犯罪情況。如果沒有犯罪現象,調查就會終止。蘇聯民航將單方面採取行動,和調查員協商後再確定是否進行安全改進。在這一背景下,讓華約國家的空難變得很神秘。雖然曾經是秘密的調查報告已經解密,但內容大多很簡短,這也對我們研究相關事故帶來諸多挑戰。

圖、波蘭航空空姐和伊爾-62

伊爾-62是蘇聯伊留申設計局在1960年代研發的一款四發遠程窄體客機。伊爾-62可以容納近200人,航程達1萬千米,它在1963年1月首飛時還是世界上最大的噴氣式客機。1972年,波蘭航空接收了他們第一批伊爾-62,用來執飛跨大西洋航線,用來執飛飛往加拿大和美國的航班。

1980年3月13日,執飛LO007號航班的是波蘭航空旗下一架註冊號爲SP-LAA的伊爾-62,該機在喀山航空工廠生產,其搭載4臺喀山發動機製造協會(KMPO)生產的四臺NK-8-4型渦扇發動機,飛機載客量爲168人。

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007號航班機長是帕維爾·利博贊(Pawel Lipowczan),46歲,他是一名經驗豐富的飛行員,還是華沙航空俱樂部成員,曾創造2項世界跳傘紀錄。他累計飛行8770小時,其中伊爾-62爲4385小時。

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副駕駛塔德烏什·洛霍茨基(Tadeusz Lohotsky),42歲,他累計執飛伊爾-62超過1800小時。領航員是34歲的康斯坦蒂·喬澤夫斯基(Konstanty Chorzewski),飛行工程師是37歲的揚·盧布涅夫斯基(Jan Lubniewski),無線電操作員是53歲的斯特凡·旺西維茨(Stefan Wąsiewicz)。

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3月13日晚上9點16分(當地時間),007號航班從紐約約翰·肯尼迪機場起飛,經停紐芬蘭甘德後飛往波蘭。航班上搭載了87人,包括77名乘客和10名機組成員。

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007號航班的跨大西洋飛行很順利,飛機經過9小時飛行,在上午10點35分飛越丹麥-波蘭邊境。飛行員和管制員取得聯繫,他們將使用華沙奧肯切機場15號跑道降落。

飛行員在最後的進近時發現飛機出現異常,他們放出襟翼和起落架後,飛機的主起落架位置燈沒有亮起。管制員通過望遠鏡看到起落架已經放下,但不清楚是否鎖定。飛行機組決定復飛,飛行工程師盧布涅夫斯基將油門杆推至復飛位置,發動機在幾秒內加速運轉,但很快就傳來一聲強烈的爆炸聲。飛機左側內側位置的2號發動機發生爆炸,低壓渦輪盤破裂成3片,碎塊開始四濺,第1片撞到附近的1號發動機,導致第二臺發動機失效。第2片拋向空中。第3片完全擊穿機身,切斷了飛機線纜後,撞入右側內側的3號發動機,導致第三臺發動機失效。

圖、散落在河堤上的飛機殘骸

此時007號航班的4臺發動機壞了3臺,2臺“黑匣子”也停止了記錄。飛機開始向右側傾斜,最終以向下俯衝13°的姿態和350公里/小時的速度墜落到一座城堡護城河的河堤上。飛機大部分機身被撞成碎片,只有機尾還算完好。

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波蘭警察迅速包圍了現場,並驅散了所有圍觀者。007號航班上搭載着波蘭1名當紅歌星和22名美國拳擊隊員,事故在波蘭被引起廣泛關注。巧合的是,墜機發生時奧肯切機場正在召開客運航空通信安全會議。事故發生後,會議被取消。波蘭當局立刻成立了由副總理塔德烏什·沃扎斯奇克(Tadeusz Wrzaszczyk)領導的事故調查委員會。

圖、007號航班2號發動機的低壓渦輪二級渦輪盤殘骸

調查員很快找到了飛機的兩個“黑匣子”,但聊勝於無,飛行記錄儀在墜機前26秒停止記錄,錄音機也沒留下信息。飛機殘骸顯示,飛機2號發動機損毀嚴重,壓縮機外殼丟失,調查員在2公里外才找到2號發動機低壓渦輪的二級渦輪盤。從碎片的破損程度上來看,渦輪盤破裂並非因金屬疲勞失效,而是發生了超速事件。低壓渦輪盤一直加速到最大速度的130%,導致渦輪盤失效破裂。

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圖、NK-8渦扇發動機

007號航班搭載的是NK-8-4低涵道渦扇發動機,推力103kN(23150磅)。它的高壓渦輪驅動壓縮機,低壓渦輪驅動風扇。低壓和高壓渦輪連接到相應的低壓和高壓壓縮機部分,渦扇發動機中風扇由幾級低壓渦輪驅動,高壓壓氣機由1級或2級高壓渦輪驅動,渦輪盤由前往後直徑是逐漸加大的。渦輪在燃燒室後的高溫高壓燃氣的作用下,產生巨大的機械功。通過渦輪軸帶動壓氣機高速旋轉,使流過壓氣機風扇中的空氣增壓。一旦渦輪軸折斷,渦輪失去負荷就會加速使渦輪轉子的轉速達到飛轉。輪盤在超高的速度下,會爆裂成多塊,在高的離心力作用下擊穿機匣甩出發動機成爲非包容的輪盤破裂故障。

在NK-8發動機上,發動機後部的兩級低壓渦輪通過低壓渦輪軸連接到發動機前部的風扇和低壓壓縮機。調查員從007號航班的殘骸中找到低壓渦輪軸時,他們發現了確鑿的證據——金屬疲勞讓渦輪軸斷成了兩截。在某個時候,或許是渦輪軸在製造的時候,一個加工工具在內孔上留下異常深的劃痕,這成了渦輪軸的薄弱點,最終發展成裂縫。飛機每次起飛裂縫都會擴大,直至007號航班復飛時,發動機加速至最大,導致渦輪軸斷裂。

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當渦輪軸斷裂時,低壓渦輪機和低壓壓縮機失去連接。低壓渦輪盤在0.1秒內加速至它紅線速度的130%,強大的離心力將二級渦輪盤撕裂成3片碎塊。其中1塊立刻摧毀了附近的1號發動機。這也驗證了航空專家的猜測,後置四臺發動機飛機的重大缺陷:一臺發動機發生非包容性故障,幾乎總會摧毀旁邊的發動機。

圖、被渦輪盤碎片切斷的控制推杆

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調查委員會詢問蘇聯人,一架伊爾-62只有一臺發動機工作時,能否抵達跑道?他們沒有收到明確的答覆。而根據官方技術數據計算,雖然單臺發動機不能讓飛機保持高度,但足以讓飛機到達跑道,現在還無法解釋單臺發動機以最大功率運行的飛機,爲什麼會突然陷入陡峭的俯衝姿態。

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調查員在檢查連接飛機操縱系統的控制推杆時發現了答案,伊爾-62是有史以來最大的全手動飛行控制客機,飛行員通過控制推杆操縱飛機,007號航班的控制推杆斷成了兩截,斷口不是碰撞造成的,而是被渦輪盤碎片切斷了。

007號航班墜機過程也就浮出水面了,當飛行員準備復飛時,災難就開始了。發動機處於復飛推力,9秒後2號發動機低壓渦輪解體。第一片碎塊射向空中;第二片碎塊射入1號發動機,導致第二臺發動機失效;第三片碎塊射入機身,切斷了方向舵和升降舵的控制推杆,以及“黑匣子”的電源線,最後摧毀了3號發動機,導致飛機失控。

該起事故暴露出伊爾-62的一項設計缺陷:該機型缺乏安全冗餘,當時的蘇聯適航認證對該項也沒有要求。西方的客機通常會設計多套控制系統,當一套失效的時候,第二套也能頂上來。007號航班的控制推杆斷裂後,飛行員失去了對方向舵和升降舵的控制,單臺發動機無法讓飛機保持高度,不對稱推力導致機身傾斜。事故發生26秒後,飛機以機頭下傾13°姿態墜地。

圖、河堤旁的飛機尾部殘骸

1980年4月,在007號航班空難發生1個月後,波蘭方面就發佈了一份簡短的調查報告,將墜機原因歸咎於蘇聯製造低壓渦輪時糟糕的工藝水平。詳細的調查結果沒有公開,被打上“TOP SECRET”標籤並束之高閣。

波蘭將007號航班事故調查報告發給莫斯科,蘇聯工程師和科學家表示“難以置信”,他們表示發動機故障導致的渦輪盤失效。多年以後的解密信息顯示,007號航班事故後,蘇聯官員和貴賓搭乘的所有伊爾-62都更換了發動機。

調查報告還建議蘇聯對伊爾-62進行現代化改造,例如增加飛控系統的備份,這樣即便一套飛控系統失效,飛機仍可以控制。蘇聯人從未解決這個問題,當時的伊爾客機都沒有安全備份系統。

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007號航班事故還和當時波蘭的大環境相關。1970年代後期,政治家愛德華·吉雷克(Edvard Gierek)在波蘭推行新的經濟政策,導致波蘭陷入財政危機。波蘭交通部要求波蘭航空節省資金,相關部門很快就停止了對安全的監管。油價節節攀升,波蘭航空決定減少在外國機場加油,他們從波蘭起飛時攜帶更多的燃油,這自然也加重了發動機的負荷。

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早期的NK-8-4發動機可靠性並不高,很多發動機達不到5000小時的使用壽命,波蘭航空的伊爾-62飛2000~3000小時發動機就會出現故障。發動機需要返回蘇聯工廠維修,成本很高,波蘭航空決定增加大修間隔以減少維修次數。波蘭方面向蘇聯反饋,他們經過測試發現伊爾-62發動機可以正常工作8600小時而無需維修。而蘇聯方面表示:波蘭人想飛多久就飛多久,他們只負責工作5000飛行小時。

波蘭航空決定在伊爾-62的發動機上採用“3+1”組合,使用3臺“好”的發動機和1臺嚴重超過保修期的發動機,也被稱爲“領航者”。在007號航班的4臺發動機中,有3臺“領航者”,發生故障的發動機是最新的一臺。這臺發動機在1975年投入使用,運營1700小時就發生故障,被修復後重新投入使用。1979年這臺發動機因過度振動,再次被拆除維修。這些振動很可能是低壓渦輪軸即將故障的前兆,工程師發現振動在製造商的限制範圍內,發動機又被裝了回去。維修後,發動機在事故飛機上累積運行了700小時。

調查員在調查007號航班事故時,根本找不到任何關於NK-8-4發動機可靠性的測試報告,此前波蘭方面宣稱的測試可能根本就沒有進行過。

圖、007號航班機組被葬在軍事公墓(左側),華沙體育俱樂部豎立一尊獻給事故中遇難的拳擊手雕像(右圖)

波蘭航空的“降本”短期內取得“亮眼”成績,他們節省了大約650萬美元。1980年1月11日,波蘭航空的管理層從波蘭交通部獲得了高額獎金。具有諷刺意味的是,波蘭航空的獎金剛領2個月,就發生了007號航班事故。墜機第二天,有人就將波蘭航空管理層獲獎的文章貼在機組室門上,這也引發了飛行員罷工,他們拒絕駕駛搭載“領航者”發動機的伊爾-62飛機。

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1980年3月22日,波蘭航空從莫斯科請來伊留申設計局首席設計師根裡克·諾沃日洛夫(Genrikh Novozhilov)和古比雪夫發動機廠設計師謝爾蓋·穆欣(Sergey Mukhin)和機組溝通,才緩和了雙方緊張的關係,波蘭航空被迫從飛機上拆除了所有故障的發動機。飛行員開始妥協,他們給伊爾-62起了新的綽號:“飛行棺材”。

此後不久,波蘭航空開始引入新的伊爾-62M替換舊的伊爾-62機隊,它安裝了尾部油箱,滿足從華沙到紐約的直飛需求。

此外伊爾-62M還換裝了更高效的D-30KU發動機,這是索洛維也夫設計局研發的一款雙轉子渦扇發動機。D-30KU的涵道比爲2.42,突破了蘇聯渦扇發動機涵道比長期在1的尷尬局面,接近當時西方高涵道比渦扇發動機水平,標誌着蘇制發動機在研製風扇葉片方面取得重大進展。發動機的可靠性受到嚴格控制,大修時間爲3000小時。

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