TECHNIK Forschung
D
er Kapitän schiebt die Gashebel nach vorn, und die Turbinen nehmen Drehzahl auf. Flug DL 1288, eine MD-88 von Delta Airlines, rollt an. Plötzlich bricht die Scheibe der ersten Fan-Stufe des linken Triebwerks. Wie Geschosse durchschlagen Trümmerteile den Rumpf des Flugzeugs. Zwei Menschen sterben. Es ist der 6. Juli 1996 in Pensacola, Florida. Die anschließenden Unfalluntersuchungen zeigen: Auslöser des Unglücks war eine Bohrung, die beim Bearbeiten überhitzt wurde. Wahrscheinlich durch einen kurzen Ausfall der Kühlschmierstoffzufuhr. Dadurch versprödete der Werkstoff, und nach 13 835 Zyklen – ein Zyklus umfasst Start, Flug und Landung – ist die FanScheibe den immensen Belastungen nicht mehr gewachsen. Und das, obwohl die Bauteile der betroffenen Triebwerksfamilie für 20 000 Zyklen ausgelegt sind und die Unglücksmaschine regelmäßig und korrekt gewartet wurde. „Man muss sich vorstellen, dass beim Hochlaufen der Turbine beim Start an jeder Schaufel des Rades eine Kraft zerrt, die der Gewichtskraft eines voll besetzten Londoner Doppeldeckerbusses entspricht“, erläutert Drazen Veselovac. Bei solchen Belastungen reichen kleinste Materialfehler, und das Bauteil versagt. Die Gewalt, die beim Bruch einer Fan-Scheibe freigesetzt wird, sei so groß wie die Projektilenergie eines Mittelklassewagens, der mit 160 Kilometer pro Stunde gegen eine Wand fährt, ergänzt der Oberingenieur am Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, einer Abteilung des Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen. Der Unfall in Pensacola war einer der Auslöser des EU-Forschungsprojekts „Integrating Process Controls with Manufacturing to Produce High Integrity Rotating Parts for Modern Gas Turbines“, kurz Manhirp, das von 2001 bis 2005 lief. Beteiligt waren unter anderem mehrere Forschungseinrichtungen – darunter das WZL und die Uppsala Universitet in Schweden – sowie verschiedene Triebwerks- und Komponentenhersteller, wie Rolls-Royce in England, MTU in Deutschland, Snecma in Frankreich oder Volvo Aero in Schweden. Das Konsortium forschte in zwei Richtungen: Zum einen wurden Systeme und Verfahren entwickelt, um bereits während der Bearbeitung Fehlerursachen und deren Auswirkungen erkennen, einschätzen und anschließend exakt lokalisieren zu können. Ergänzend dazu sollten nicht zerstörende Prüfmethoden gefunden werden, mit denen sicherheitskritische Bauteile zuverlässig und vollständig auf Fehler untersucht werden können. „Zunächst provozierten wir beim Bohren, Drehen und Räumen verschieden starke Anomalien. Anschließend unterzogen wir die entsprechenden Bauteile einem Lebensdauertest. Die Ergebnisse verglichen wir mit denen korrekt bearbeiteter Werkstücke“, beschreibt Veselovac das erste Vorgehen.
Техника Исследования
К
омандир экипажа двигает дроссельный рычаг вперед, и турбины набирают обороты. Лайнер MD-88 компании Delta Airlines, выполняющий рейс DL 1288, начинает разбег. Вдруг лопается турбинный диск первой ступени левого двигателя. Обломки, летящие со скоростью артиллерийского снаряда, пробивают обшивку фюзеляжа самолета. В результате погибают два человека. Это произошло 6 июля 1996 года в Пенсаколе, штат Флорида. Расследование аварии показало: причиной происшествия явилось просверленное отверстие, которое привело к перегреву металла во время изготовления детали. Возможно, в процессе сверления на короткое время отказал насос подачи охлаждающей смазки. В результате металл заготовки стал хрупким и после 13 835 циклов – один цикл включает в себя взлет, полет и посадку – диск турбины не выдержал огромных нагрузок и сломался. И это, несмотря на то, что узлы данного класса двигателей рассчитаны на 20 000 циклов, а аварийный самолет регулярно проходил штатное техническое обслуживание. «Нужно только представить себе, что при разгоне турбовентиляторного двигателя во время взлета на каждую лопасть турбины воздействует сила, равная массе полностью загруженного двухэтажного лондонского автобуса», – поясняет Дражан Веселовач (Drazen Veselovac). При таких нагрузках достаточно мельчайших погрешностей в материале, чтобы деталь вышла из строя. «Сила, возникающая при поломке диска турбины столь велика, что ее можно сравнить с силой удара при столкновении легкового автомобиля среднего класса со стеной на скорости 160 км/час», - добавляет главный инженер кафедры технологии изготовления – отдела лаборатории металлообрабатывающих станков (WZL) RWTH Аахен. Авария, произошедшая в Пенсаколе, явилась одной из причин, побудивших начать реализацию исследовательского проекта ЕС под названием «Integrating Process Controls with Manufacturing to Produce High Integrity Rotating Parts for Modern Gas Turbines», сокращенно Manhirp, работы по которому велись с 2001 по 2005 год. Участниками проекта были, в частности, многие исследовательские организации, в том числе WZL и университет города Упсала (Швеция), а также различные производители двигателей и комплектующих к ним – Rolls-Royce в Англии, MTU в Германии, Snecma во Франции и Volvo Aero в Швеции. Исследования консорциума проводились в двух направлениях: во-первых, разрабатывались системы и методы для распознавания, оценки и последующей точной локализации причин погрешностей и их последствий уже на стадии обработки деталей. В дополнение к этому исследователи стремились найти надежные методы неразрушающего контроля,
s s Beim Start einer MD-88 brach die Scheibe der ersten Fan-Stufe. Trümmerteile durchschlugen den Flugzeugrumpf und töteten zwei Passagiere (Bilder: FAA) При взлете самолета MD88 сломался турбинный диск первой ступени. Обломки диска пробили фюзеляж самолета, в результате чего погибли два пассажира (на снимках: FAA).
s Wahrscheinliche Unglücksursache: Beim Bearbeiten einer Bohrung führte ein kurzer Ausfall der Kühlschmierstoffzufuhr zum Überhitzen und Verspröden des Werkstoffs Вероятная причина аварии: при сверлении отверстия кратковременный выход из строя подачи охлаждающей смазки привел к перегреву металла детали. В результате материал стал более хрупким.
MT 02|2006
53