原创 GenieOo 航空知识

当地时间2月20日下午，一架美国联合航空波音777客机升空后不久，飞机右侧的发动机外壳碎裂并且开始起火燃烧，随后返航，所幸无人员伤亡。（消息回顾：美联航宣布停飞777，三起发动机爆炸事故根源在何处？；波音777坏掉的发动机为什么还在转？）。

美国国家运输安全委员会主席罗伯特·萨姆沃特22日宣布，初步评估显示，此前出现发动机故障的美国联合航空公司波音777-200客机的发动机风扇叶片受损与金属疲劳有关。飞机机翼与机体连接处的一块玻璃纤维在事故中被刺穿，但飞机没有受到结构性破坏。损坏的发动机风扇叶片将被送往普惠公司实验室，于23日在国家运输安全委员会调查人员监督下接受检查。

2018年2月和2020年12月，美联航和日本航空公司波音777客机搭载的普惠发动机分别发生类似故障。经美国国家运输安全委员会调查，2018年美联航波音777客机事故就是风扇叶片疲劳断裂导致。日本运输安全委员会对2020年事故的调查则发现两片风扇叶片损坏，其中一个有金属疲劳裂纹。

2020年日本事故报道

大家有没有发现，以上三起同类型事故都提到了一个共同关键词：“疲劳”。可金属疲劳并不限于出现在发动机上，也不是每次事故都像以上案例一样无人员伤亡。今天，我们专门来聊聊因飞机主要结构材料疲劳断裂而造成的空中解体。

近几十年来，

以下几个事件比较典型：

1

F-15空中机头突然脱落

2007年11月，美国空军的一架F-15战机，在训练中做大过载机动时，机头突然脱落，所幸飞行员跳伞成功逃生。这次事故造成F-15全部停飞。事后经分析，是因为断裂处的一根纵梁发生了疲劳断裂，导致机头脱落。

F-15战机机头与机身分离及飞行员弹射出舱过程

F-15的飞行事故由图中纵梁的疲劳引发

2

“彗星”空难

二战以后，西方航空发达国家开始大规模将军用航空技术转为民用，英国的德·哈维兰公司甚至比大名鼎鼎的美国波音公司更早研制生产出喷气式客机，名曰彗星号。1954年1月10日，一架执飞罗马至伦敦的航班在空中爆炸解体，机上35名乘客和机组人员全部丧生。事后分析，彗星飞机大部分事故的原因皆出于结构设计问题，飞机蒙皮所用的金属材料，其性能和厚度不能承受高速、高压飞行的环境，在复杂、交变应力的反复作用下，发生了疲劳断裂或破裂。

关于彗星飞机的失败，和相比于早期，现代适航要求的严苛、飞机出厂前要做的种种测试，我们下回说。

与失事班机同型，英国海外航空的哈维兰彗星1型。RuthAS/作品

被打捞起的781号班机部分残骸（阴影部分），箭咀所指的正是飞机首先破裂的地方

3

澎湖空难

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2002年，我国台湾中华航空公司一架波音747客机执飞台北至香港的航班，在澎湖岛屿上空突然解体，机上225人全部罹难。事后经反复查找分析，方才从机尾残骸上发现，曾经被擦伤的飞机尾部经过一次修理，补上的一块加强板覆盖的原来蒙皮上的划痕出现了裂纹并扩展破裂，最后导致飞机尾部全部脱落，随之飞机马上解体。与彗星型飞机相比，这次事件属于个性问题，飞机维修工艺没有符合波音飞机的维修手册之规定，持续适航管理不严的问题。（之前我们为大家解析过整件案例 → 客机突然空中解体，只因22年前的一道刮痕）

澎湖空难失事客机，Arwed Richter摄于1996年

以上事故可见，早期的金属材料强度评价方法，已不能解决在复杂受力条件下装备应用的可靠性问题，尤其是航空航天、汽车、轮船、火车，桥梁等产品。比如桥梁承压而上下起伏，达到固有频率后产生共振，极易造成坍塌。高速运动的装备，其受力情况就更为复杂，环境更为恶劣，因此，结构材料在特定工作条件下（机械力、气压、液压、温度、湿度等的交替变化）的疲劳强度至关重要。

大家熟悉日常生活中的简单例子。一根铁丝，无论你用多大的力量拉拽都不会断。但如果对它反复弯折、拧扭、拉伸，达到一定次数以后就会折断。这是因为，前者铁丝只受到简单的拉力，单向受力容易对付；而后者既有拉力，还有压力，剪切力等，铁丝在交变应力的作用下，极易产生疲劳而断裂。

按金属学的基本原理，不同的金属材料含有不同的金属元素，具有不同的晶体结构和原子排列方式，原子之间以化学键形成有机联系，从而具有不同的物理、化学性能。当金属零件在反复施加的交变应力和循环应力状态下工作时（典型如轴承、风扇叶片、弹簧、曲轴等），即使所受的应力低于金属材料的抗拉强度，有时甚至没有达到屈服强度，工作一定时间之后，零件会在没有事先变形的情况下突然断裂，这就是所谓的金属疲劳现象。发生疲劳的内因，是在复杂应力的反复作用下，金属内部的原子排列方式遭到破坏，原子间的化学键失去原有联系，使材料的基本性能发生改变而变弱，从而导致材料断裂。

显微镜观测到的金属疲劳开裂过程及引起的金属缺陷

再者，在金属零部件的加工成型过程中，比如常用的热加工方法铸造、锻造、焊接、等离子和电火花加工、表面热处理等，或多或少对金属零件的全部或局部形成热影响区，而改变材料的金相结构及其性能。特别是铸造工艺，将金属完全熔化而二次结晶，如果工艺控制不当，很容易在金属材料内部形成夹杂、气孔等缺陷，这些缺陷在应力作用下会形成裂纹，并逐步扩大直至断裂，成为降低金属零部件疲劳强度的重大隐患。即使是车、铣、刨、磨等冷加工，如果加工过程不精细，也可能在零部件表面产生微细划痕，从而在使用中形成隐患。所以，在工程实践中，重要零部件除外观的精度、光洁度、平整度检验外，都要100%进行X光、红外线等方法探伤，犹如人的全身CT检查，以排除隐患。特殊应用环境的零部件，如在1000多摄氏度工作还要承受复杂交变应力的飞机发动机中的高温涡轮叶片，传统铸造方法远不能满足提高燃烧温度以增加发动机推重比对叶片提出的耐高温要求，用单晶铸造的方法以避免多晶体间的杂质从而大幅度提升叶片的疲劳强度及高温性能，已成为先进发动机制造的唯一正确途径。这就是为什麽说，航空发动机制造是现代制造技术皇冠上的明珠，难度非常之大。

机毁人亡，是航空业毁灭性的顶级事故。自1903年人类成功实现有动力飞行以来，类似的灾难不胜枚举，原因也多种多样。正是一件件血淋淋的教训，令科学家和航空工程师们深刻反思，不断推动航空及相关领域科学技术发展，提升飞机的性能，确保飞行安全。但请大家安心的是，随着相关基础科学和材料技术、制造技术、设计计算技术、缺陷探测和结构健康监测技术、强度试验技术的发展进步，业界对金属材料的疲劳的管理措施也日益完善。当今，航空工业设计制造、试验试飞方法日益先进，加之民航部门严苛的适航认证把关，飞机特别是民用运输机的安全性已达到非常高的水平。目前，航空出行仍是最快捷，也是最安全的交通运输方式。

风上风云｜云端故事

原标题：《777引擎爆炸事故初步结论出炉，因金属疲劳引发的空难有哪些？》

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