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严篦齿环断裂使350架F-16战斗机停飞和钛机匣着火造成F/A 18战斗/攻击

(2017-07-05 21:14:10)
标签:

杂谈

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从1994年7月起,在不到两个月的时间内,先后摔了4架美国制造的F-16战斗机(埃及空军和以色列空军各摔两架)。在这么短的时间内,由于同一故障,连续摔掉4架飞机,这在航空史上是少有的,因而引起美国空军和发动机制造商 GE公司的重视。


F-16是一种单发单座轻型战斗机,主要用于空战,也可用于近距空中支援,1978 年底开始装备美国空军。它不仅是美国的主力战斗机,而且也是出口最多的战斗机。到1993年春,F16订货达3835架,其中2203架为美国空军订货。


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造成事故的原因

经对事故调查、分析和研究,表明:造成4架F16摔机的原因是该发动机高压涡轮后轴的封严篦齿环断裂,断裂的碎片打坏低压涡轮,最终造成发动机损坏。


1988年,一架B1B轰炸机也是由于发动机(F101)的高压涡轮后轴封严环断裂而失事。 这两型飞机的发动机虽然型号不同,但它们的核心机相同,损坏部位的结构也完全一样,当 B 1B出事后,被认为是封严篦齿间隙留得不够而造成的。


因此,从1989年起,新生产的发动机将此间隙加大了2倍。在这次连续摔了4架飞机后,再次进行故障分析,发现封严间隙过大,引起篦齿环裂纹,而轴上的减振卡环未能控制裂纹的扩展,这是造成失事的主要原因。


再回顾过去几年中,几种装用了F101、F110发动机的飞机失事事件中,有8架不同型号的飞机B1B、F 14和F 16都是由同一原因造成的。


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改进措施

针对上述情况,决定恢复到原来的间隙值,结构上也稍做些修改。例如,将原用的卡环形减振环改为减振衬套。这样,需生产新的高压涡轮后轴,并将发动机从飞机上拆下换轴,而受影响的不仅是F-16战斗机,还包括发动机结构相近的那些飞机,如 B-1B、B-2和 F-14。大约有500余台发动机需要换新轴。


为此,从1994年底起,美国空军有150架F-16停飞,外国空军有200架F-16停飞,总共5架B2轰炸机中有两架停飞,还有一些F-14D停飞。由于发动机一个零件出故障,造成大批飞机停飞,这在航空史上也是少有的。

钛机匣着火造成F/A 18战斗/攻击机坠毁


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1987年11月美国五角大楼宣布,在1987年一年内,美国海军损失的9架F/A18战斗/攻击机中,有4架是由于F404发动机钛着火造成的。


F/A 18于1978年11月首飞到1986年初,F404发动机已累积飞行达100万小时。在投入使用后的六七年时间内,从未发生过钛机匣着火问题。但是到了1987年却突然冒出来严重影响飞机飞行安全的重大问题。

着火原因


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由于F404发动机的高压压气机前几级转子和机匣均采用钛合金制造,当发动机长期工作以后,压气机叶片受到外来物的冲刷磨蚀,叶型发生了变化,改变了它原有的自然振动频率,在发动机某些工况下,引发第1、3级转子叶片折断。


折断后的断片卡在转子叶尖与机匣之间,随着转子旋转而在机匣内摩擦,产生大量的摩擦热,引起钛合金自燃着火。着火后,很快将叶片烧坏,机匣烧穿。火焰继续外窜,烧穿外涵的钛合金机匣及发动机短舱,烧坏飞机其他系统的设备,最终导致飞机失事。

防止钛着火的措施

首先对转子叶片加强和调频。F404发动机着火事故发生后,首先修改了第1、3级转子叶片的设计,避免在使用时间很长以后,出现共振现象。另外,将钛制压气机机匣改用 M152合金钢,外涵机匣由钛合金改为 PMR15复合材料。 


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改用材料后,发动机重量仅增加了0.454kg。与F404核心机结构相同的 CFM56 发动机,随后也将高压压气机机匣的材料由钛合金改为 M152合金钢。

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