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2021年2月20日，美国联合航空一架波音777-200型飞机执行从丹佛飞往夏威夷的UA328航班任务。起飞后约4分钟爬升至3800m高度时，机组听到一声巨响，随后飞机剧烈震动。机上乘客向窗外看去，发现右侧发动机进气口和风扇整流罩已全部脱落，发动机裸露的后部起火，如图1所示。飞行员立即开启灭火系统，扑灭大火，并将客机以左发安全降落在出发机场。飞机从起飞到降落用时24分钟，所幸无人员伤亡。此次事故被称为UA328事件。
图 1：燃烧引擎
机场人员在飞机落地后检查发现，发动机进气口和风扇整流罩已全部脱落。一扇风扇叶片在根部附近断裂，相邻的叶片在中部断裂。所有风扇叶片的尖端和前缘均有伤痕，一扇风扇叶片碎片卡在密封环中。密封环布满伤痕，但仍保持圆润形状。发动机侧面有烧焦痕迹，如图2所示。飞机机身也有多处被异物损坏的痕迹。
图2 发动机后部被火烧毁
坠落部件大部分在地面被发现，巨型进气口（外径近3.5m）坠落于某民宅院内，除一处断裂外基本完好，如图3（a）所示；整流罩在多处发现十余块碎片，如图3（b）所示。
图 3：缺失部件
发动机介绍及故障调查
该发动机是美国普惠公司研制的第三系列发动机，其风扇直径为2.84m，装有22片钛合金材质的空心宽弦风扇叶片，是普惠公司第一款采用空心风扇叶片的发动机。风扇叶片长103cm，叶尖宽56.5cm，叶根宽31.75cm，每片叶片质量15.81kg。该机动力装置由进气道、风扇整流罩、发动机和反推装置组成，如图4所示。
图 4 发动机
事故调查人员对断裂在根部的风扇叶片断口进行金相分析，发现断口处有低周疲劳带，而对断裂在叶身中部的叶片断口进行金相分析，未发现疲劳带，证实断裂是由重载荷引起的。因此可以推断，此次重大故障的根本原因是风扇叶片根部附近的低周疲劳造成的。
通过以上情况，可以粗略分析出故障的发展过程：飞机爬升过程中，发动机处于最大转速，突然一片叶片在叶根附近断裂，碎片在巨大离心力的作用下被甩向密封环，被密封环包裹，断裂成数块，其中一块卡在密封环内；发动机随后发生喘振，喘振引起的气流回流将另一块碎片冲出发动机，对飞机某些部件造成损伤，同时对进气道与发动机密封环连接处施加了很大的冲击载荷；当叶片脱轮时，风扇转子的平衡被破坏，引起发动机发生很大振动，除了刮伤所有风扇叶片和密封环外，还对进气道和风扇整流罩施加了过大的载荷；最终导致进气道与发动机分离飞机发动机叶片，风扇整流罩断裂成多块碎片并被甩出发动机，部分碎片对飞机造成一定损伤； 同时船舶电子与信息设备保养，过度的震动还导致发动机外部的一些管道破裂，导致部分燃油和液压油外泄，引发燃烧。
另外两次类似的失败
此次事故之前，曾发生过两起类似故障，如图5所示。2020年12月4日，日航一架波音777-200客机在执行冲绳飞往东京的JL904飞行任务时，飞机从冲绳起飞爬升至5000m高空时，发生因风扇叶片断裂引起的重大故障（一侧风扇整流罩脱落），即为JL904事件。2018年2月13日，美联航一架波音777-200客机在执行旧金山飞往夏威夷的飞行任务时，飞机在太平洋上空距夏威夷还有223km时，发生因风扇叶片断裂引起的重大故障，飞机进气口大部分脱落，风扇整流罩全部脱落，即为事件。
图5 风扇叶片断裂导致的两次重大故障
这两起事故中，风扇叶片的断裂情况及断口处疲劳裂纹出现的位置与UA328事故基本一致，如图6所示，说明这三起事故均为风扇叶片疲劳断裂引起。
图6 风扇叶片断裂及断口疲劳裂纹位置
发生故障的飞机及发动机累计工作时间较长，如飞机为1995年出厂，至事故发生时累计运行16339个工作循环，发动机自安装至今累计运行13921个工作循环，从上次大修至事故发生时累计运行8579小时/1464个工作循环。
故障原因简析
由于风扇叶片是没有寿命极限的零部件，为了检测使用寿命较长的空心叶片核心结构是否出现初始裂纹，普惠公司在2005年开发了热声成像（TAI）技术，用于检测叶片内部结构是否出现裂纹。据称，该技术的检查效果大致可以满足需要。但普惠公司并未为此制定一套标准化的培训流程和技术验证规范，导致部分维修人员无法正确判断风扇叶片的裂纹，最终导致了空中发生的三起风扇叶片断裂事故。
此外，发动机在取证时通过了严格的风扇叶片包容性试验，即使风扇叶片在使用过程中断裂，也不应该出现这三起事故中的严重情况。原因在于取证试验中有两点与实际情况严重不符：一是取证时使用的进气道后加强环为铝合金材质，而实际在飞机上使用的是复合材料飞机发动机叶片，两种材料的力学性能差别较大，在极高的振动条件下，再加上前向撞击时风扇叶片碎片对加强环的冲击载荷，导致其断裂损坏船舶电子与信息设备保养，造成进气道完全或部分脱离发动机；二是取证试验时，波音公司设计制造的风扇整流罩并未安装到发动机上，因此没有对整流罩进行恶劣条件下的测试。另外，据波音公司介绍，采用复合材料蜂窝结构制成的整流罩在长期使用过程中会吸收空气中的水分，材料性能发生劣化。 在发动机过大的振动下很容易损坏，这也是造成如此严重故障的原因之一。
结论
三次事故发生后，美国联邦航空管理局（FAA）要求波音公司重新设计、评估发动机进气口和风扇整流罩，并采取相应措施；对于普惠公司，FAA要求其缩短TAI检查间隔时间，加强对维修人员进行TAI操作培训。
（陈光 北京航空航天大学退休教授、著名航空发动机专家）
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