引擎金屬疲勞:難以發現的事故禍根

2021-01-10 騰訊網

當地時間17日早晨,西南航空一架客機在從紐約拉瓜迪亞機場飛往達拉斯的途中,突然引擎爆炸,客機緊急迫降費城機場,事故造成一人死亡,另有7人受傷。據悉,事故發生時,一個彈片劃破了窗戶,一名女乘客半個身體都被吸出窗外。據機上乘客透露,機上一名乘客因心臟病突發去世,另外有12人被送院檢查,其中7人有輕傷。目前尚不清楚,去世的乘客是否是險些被吸出窗外的這位女乘客。

目前,事故發生的原因還在調查中。據美國國家運輸安全委員會表示,在發動機中有「金屬疲勞的證據」。

金屬疲勞是指材料、零構件在循環應力或循環應變作用下,在一處或幾處逐漸產生局部永久性累積損傷,經一定循環次數後產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。通俗點講,人的疲勞感覺來自於長期的勞累或一次過重的負荷,金屬也是一樣。金屬的機械性能會隨著時間而漸漸變弱,這就是金屬的疲勞。

一架波音737客機因金屬疲勞機身上出現破洞

由於金屬內部結構並不均勻,從而造成應力傳遞的不平衡,有的地方會成為應力集中區。而且金屬內部的缺陷處還存在許多微小的裂紋。在力的持續作用下,裂紋會越來越大,材料中能夠傳遞應力部分越來越少,直至剩餘部分不能繼續傳遞負載時,金屬構件就會全部毀壞。從專業上說,疲勞就是指反覆施加循環載荷(遠小於材料的屈服應力極限)而引起的一種材料弱化過程。

實際服役過程中,80~95%的機械失效都是由於金屬疲勞造成的,每年造成的GDP損失在全世界範圍內高達4%,這是一個驚人的數字。人疲勞了,勞動效率就會降低,會出錯。而金屬疲勞了,可能造成巨大的經濟損失和人身傷害的。

早期的航空發動機採用鋁合金、鎂合金、高強度鋼和不鏽鋼等製造;後期為適應增加發動機推力、提高飛機飛行速度的需要,鈦合金、高溫合金和複合材料相繼得到應用。

隨著科技的進步,已經研製出更多含有金屬的複合材料,如金屬和玻璃纖維或塑料的合成物。這些複合材料使得金屬不但保留了原來的強度,而且增加了纖維和塑料的韌性,合金中的幾種物質能填補彼此的空隙,有效提高金屬抵抗疲勞的能力。在加工和使用金屬零件時,保持表面光潔、遠離腐蝕環境,也能有效減少疲勞的發生。

由金屬疲勞引發的航空事故將是我們未來所要重視的問題。航空發動機的特點是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴酷,特別是轉動件在不同的溫度、載荷、環境介質(空氣,燃氣)下工作,大多須用比強度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強的材料製造。軍用飛機發動機一般使用壽命為100~1000小時;民用機發動機甚至要求1萬小時以上,所用材料的組織和性能須保持長時間穩定。由金屬疲勞引發的航空事故而使乘客致死的機率是非常低的——其危害性遠遠低於人為錯誤(人為錯誤可能導致飛機墜毀)。

近幾年與金屬疲勞有關的空難事故中,有些飛機在飛行中就解體了,導致傷亡慘重。但事故報告顯示,那些事故是由於飛機維修不力所致,而並非緩慢金屬老化。

雖然金屬老化可能是導致這次美國西南航空公司飛機事故的原因。 但對比世界上各航空公司的航班事故就會發現,像美國西南航空這樣的事故,發生的機率的確不高。

而且,由於影響因素非常複雜,如今想要完全避免金屬疲勞仍是不可能的,科學家們的研究之路依舊漫長。

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