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普惠颓了，波音背锅？

晰数塔互联网快讯
2021-02-25 14:34

本文来自微信公众号：瞭望智库（ID：zhczyj），作者：崔赫翾（瞭望智库观察员），头图来自：视觉中国

当地时间2月20日，美国联合航空公司一架波音客机从科罗拉多州首府丹佛市国际机场起飞后，引擎出现故障，在空中爆炸燃烧，导致不少飞机碎片从空中掉落。随后，客机紧急返航并在机场安全降落，所幸没有造成人员伤亡。

同一天，一架波音747-400货机从荷兰马斯特里赫特起飞后，发动机也发生爆炸，碎片从空中掉落，造成地面一名老年妇女头部受轻伤，另有一名儿童在捡拾地面碎屑时被烧伤。受损掉落的发动机涡轮叶片还砸中了地面数辆汽车。这架货机原计划飞往纽约，事故发生后改变路线降落在比利时。

引擎，出了什么问题？

1. 全停

同一天里，两架波音飞机出事，都是引擎着火后解体，都涉及普惠公司生产的引擎——前者为PW4056，后者为PW4077，均属于PW4000的子型号。

【注：PW4000是一系列发动机的总名称，具体发动机型号则在PW（表示普惠公司研制的发动机
）之后用4位数字表示，其中第1位数字“4”，表示普惠公司民用大推力系列发动机；第2位数字表示所装飞机的公司代号，0表示波音公司，1表示空中客车公司，4表示麦道公司；第3、4位数字表示推力级，即该2位数乘以1000即为该发动机以磅为单位的推力值。】

其实，此次事故并非孤例。

2018年，美联航一架波音777飞机在接近目的地檀香山时，右引擎的风扇叶片发生故障。部件高速运转导致引擎复杂的机械系统出现一连串故障，不到一秒右引擎的整流罩就脱落了，两个风扇叶片断裂，碎片飞出引擎，在机身上造成了两处刺穿，好在飞机在剩余引擎的动力下安全着陆。

2020年12月，在飞往东京的航班上，日本航空（JAL）一架波音777客机因左发动机故障紧急降落在那霸机场。在起飞35分钟左右，飞机左侧发动机产生巨大噪音，发动机冒出火焰，发动机包皮部分丢失，机组人员决定在19000英尺处停止爬升，返航后成功迫降。

波音的引擎事故接连发生，不少网友开始“恐飞”。

其实，我们不用过于担心。

一是普惠PW4000引擎的安装率不高。

波音虽然向全球客户交付了1600多架777型飞机，包含大约200架货机。其中，只有174架安装了普惠的引擎，最近的一架还是在2013年交付给韩国航空公司韩亚航空的。其余飞机配备了通用以及罗尔斯-罗伊斯公司制造的引擎。

二是引擎事故发生后，各方反应迅速。

当地时间21日晚，波音公司在网站发布声明指出：“目前，美国国家运输安全委员会（NTSB）正在继续调查，我们建议（各航空公司）暂停装有普惠公司PW4000-112发动机的波音777客机的飞行，包括69架在役和59架在库的。”目前，美联航是美国唯一运营相关777飞机的航司，其他运营的航空公司在日本和韩国。

同一天，日本国土交通省也要求装有同系列发动机的13架日本航空（JAL）和19架全日空航空（ANA）的客机停飞。不过，这些飞机的飞行在疫情期间已经大幅减少。日航还称，将于2022年3月退役这些飞机。大韩航空共拥有16架装载普惠PW4000发动机的波音777飞机，此前有6架正常执飞，目前已全部停飞。

我国国内航司已经没有上述机型，最后一架777-200客机于2018年退役。目前，国内运营的777客机均为777-300ER，使用的是通用GE90-115B引擎。

2. 从军用到民航

作为全球主要航空发动机制造商之一，现在犹如“过街老鼠”一般人人避之不及，普惠公司怎么了？

在涉足民用航空前，普惠靠军用引擎成名。

抗日战争期间，停放在云南驿机场的 “驼峰航线” 运输机。

1940年，面对战争的威胁，美国总统罗斯福在普惠公司抛出了一枚重磅炸弹。他要求美国各大飞机制造商全力进行生产，要达到年产5万架飞机的能力。作为飞机心脏的发动机自然是重中之重。

1942年，道格拉斯飞机公司的工人在装配C-47B时安装普惠R1830-90发动机。这款运输机后来成为援助中国“驼峰航线”的专用型号。

整个二战期间，普惠及授权协作工厂共生产了363619台发动机，总功率6.038亿马力，为70余款飞机提供动力。

1952年4月15日，装有8台J57发动机的波音B-52轰炸机原型机成功升空。J57发动机可以算是里程碑式的产品，其性能优越，美军大量采购用来装备其战斗机，此后B-52的改型更是钟爱它：从第1架B-52A型到第11架B-52B型机，均搭载带有喷水加力的普·惠J57-P-1W型发动机；后续的B-52B则开始换装J57-P-19W型发动机；B-52C则换装了J57-P-29W；B-52G和B-52F型机搭载了J57-P-43W型涡喷发动机。

美国军方的鼎力支持让普惠一跃成为当时最成功的发动机制造商之一。

在军用发动机界春风得意，1954年普惠开始试水民用航空发动机。J57的民用型JT3逐步成为波音707以及道格拉斯的DC-8选装的发动机。

1960年，普惠瞄准宽体客机这一市场，率先发展推力为191~236千牛的高涵道比涡扇发动机JT9D。波音由这款发动机与惠普再续前缘。

（注：早在1929年，波音、普惠、汉密尔顿、西科斯基和其他公司联合成立了联合飞行器与运输公司。1934年，这个公司因美国反托拉斯法拆分为波音、联合技术和美联航三家。普惠归属于拆分后的联合技术公司。）

JT9D还有另一重身份——PW4000发动机的前身。相对于老发动机，新发动机旨在取代该公司原用于B767-200、-300、-300ER，A310-200、-300，A300-600，B747-200B、-300等客机上的JT9D-7R4发动机，在安装尺寸不变的情况下，推力大增，降低油耗，并满足未来宽体客机的需要。

在当时，PW4000有很多改进：

*零件数减少54%

PW4000共有约25000个零件，比JT9D-7R4减少一半，其中叶片减少23%，安装边减少20%，导管和支架减少30%，紧固件减少2600个。零件尺寸无缝替换JT9D-7R4发动机，维修费用也减少25%以上。

*油耗至少降低7%

为了改善压气机和涡轮叶片的气动性能，压气机中采用了可控扩散叶型；采用单晶材料，改善涡轮叶片的冷却，降低冷却空气消耗量；增强发动机机匣刚性，采用主动间隙控制技术和高压压气机“热控”转子系统等。

不过在研发的过程中，普惠并没有贸然创造，而是采取了一条低风险的衍生发展途径，即在当时发动机1000万飞行小时的经验基础上进行低风险的改进，以便得到推力范围从22240daN到44480daN的一系列高可靠性、大推力发动机。

实现推力增长所进行的重要的发动机改动是：加大风扇直径以提高发动机涵道比及空气流量；增加低压压气机级数以提高总压比与进入核心机的空气流量；相应地增加低压涡轮的级数以驱动大直径风扇及增多级数的低压压气机。

1986年PW4000的部分子型号取得美国联邦航空管理局（FAA）颁发的适航证。

PW4000应用广泛，它的3个子型号分别为：

*PW4000-94

风扇直径94英尺，推力介于52000-62000磅，用于A310-300、A300-600，波音747-400、767-200/300，KC-46A和MD-11；

*PW4000-100

风扇直径100英尺，推力介于52000-62000磅，用于空客A330；

*PW4000-112

此系列中的最新型号，风扇直径112英尺，推力介于86760-99040磅，即此次出现安全问题的普惠PW4000-112引擎，仅用于波音777型系列飞机。

在过去30年中，仅PW4000-94发动机就有全球70多家客户。此款发动机已交付了2500多台，总计达到1.35亿飞行小时。

3. 普惠，颓了？

这几年，普惠略显颓势。

1）市场占有率

早在2014年，空客A330一直承担着与波音767、波音777和2011年最新入市的波音787竞争的任务。面对波音777和波音787的攻势，现有装老发动机的空客A330ceo很难继续保持热销的势头。随着空客公司由生产A330系列机转型到生产只配备罗罗遄达7000发动机的330neo上，普惠公司PW4000逐步失去了民机市场。

2018年全球商用航空发动机存量市场规模是52107台，较2016年的48609台新增3498台。民用航空发动机市场主要由GE、RR、PW及其主导或合资成立的CFM国际、IAE公司垄断。这五家公司合计占据了该市场的份额高达96.26%，其中，CFM国际22934台、GE公司11718台、IAE公司6118台、罗罗公司5920台和普惠公司3466台。

但是，普惠公司产品数量却由2016年的3919台降至3466台，市占率由2016年的8.06%降至2018年的6.65%。

2）盈利

由于大多数新飞机的销售都是亏损的，维修用于为首批777飞机提供动力的PW4000系列发动机成为最赚钱的业务之一，构成了普惠等飞机发动机制造商的利润基石。

但从1986年首台发动机投入运营至今已有30多年，该型发动机机龄均已进入暮年，装配了PW4000-112型发动机的波音777-200/-300的机队数量正在大幅减少，预计未来十年内将由150架减少至40架。对20家提供PW4000发动机维修服务供应商的调查显示，PW4000发动机的维修业务均在逐年下降，其中31%的企业的这部分业务处于低迷状态。

2018年，PW4000发动机维修服务的主要供应商调整了其整体业务流程，具体包括将原来提供PW4000发动机大修工作的两个车间合并为一个车间。

3）质量问题

长期的使用让发动机的机械部件受到反复的应力，随着时间的推移可能出现细小裂纹，所以FAA要求进行定期检查。普惠公司开发了一种热声成像检测方法，用于检测PW4000空心风扇叶片的内部表面。

美国国家运输安全委员2020年发表的最终调查报告称：2010年3月和2015年7月的检查记录显示，在裂纹发生的同一位置有热指示；在2015年7月的检查中，风扇叶片断裂的记录上标注着“油漆”——检查员认为只是油漆出了问题。

报告还指出，这与检查员没有足够的经验有关，这类检查只需要接受40小时的在职培训就可以上岗，而相比之下，其他常见检查，比如电涡流检查，需要40小时的课堂培训和1200小时的实践经验。

2018年，美联航一架波音777发生引擎故障后，美国监管机构曾下令加强对风扇叶片的检查。普惠重新检查了共计9600个风扇叶片，没有发现安全隐患。

2020年12月，日本航空公司的一架波音777飞机的左侧引擎在起飞后出现故障，日本运输安全委员会（JTSB）经调查发现了两处发动机扇叶受损，其中一片存在由金属疲劳产生的裂缝。

（注：金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。）

本月20日，美联航波音777飞机发生发动机风扇叶片脱落的事故。初步检查显示，造成这一事故的原因也是金属疲劳——一条随着时间的推移逐渐扩大的裂缝，最终导致了故障。

4. 单发失效，还能飞

如果只是空中单发失效，并不代表一定会造成严重的后果。单发失效后飞行员必须操纵飞机的操纵面产生一个力矩来抵消单发带来的不对称，才能保持飞机的平衡使之不在空中打转。

（注：空中单发失效，指双发或多发客机在飞行时有一台发动机发生故障，这时飞行员会有一整套应对措施，并在地面管制的帮助下尽快着陆。）

2月20日，事故发生时，当地居民听到了巨大的爆炸声，随后机身碎片“如雨点般”撒落在丹佛市郊区的足球场、庭院中，并险些击中一座民宅。一位居民称当残骸坠落时，他和孩子们在一个屋檐下躲避，飞机仍“几乎不受干扰地继续飞行”。

在历史上有多起单发失效最终导致空难的事故，但也有很多单发失效最终拯救回来的案例。其中最著名的是澳洲航空32号班机。

2010年11月4日上午，一架A380客机在印尼巴淡岛上空发生引擎爆炸事故，爆炸发生后，机身碎片刺穿了部分机翼，破坏了燃油系统，造成漏油，其中一套液压系统失效，防锁死刹车系统损坏，1号与4号引擎进入“degraded”（降级）模式，而襟翼以及1号引擎的控制系统也毁损。但凭借着机组人员的配合，机长的冷静处理，最后成功迫降新加坡樟宜机场，无人伤亡。

2017年6月，中国东方航空从悉尼飞往上海的MU736航班，在起飞约一个小时后左侧发动机发生非包容性失效，碎片击穿发动机外壳，损坏严重，机组迅速处置及时返航，最终飞机安全落地，旅客平安。

在单发失效的情况下飞机安全着陆，这种状况是偶然的吗？

当然不是。

首先，一般的商业客机都会有多个发动机。现代干线飞机机队主要是由双引擎（大多数飞机，如波音737、空客A320等等）、三引擎（如MD11）及四引擎（如波音747、空客A380等）的飞机组成，

在产生相同推力的前提下两台发动机低功率工作所消耗的油量，远小于一台发动机高功率工作。除了以上经济性的考虑，每台发动机在全功率工作的时候都能满足飞机的起飞、巡航和降落要求，这样安装了两台发动机就可以有一定的容灾特性。

其次，ETOPS是国际民航管理机构专门为了保证双发飞机安全飞行，而提出的一项特别的要求。

（注：ETOPS为Extended-range Operations的缩写，指延程运行。）

其目的就是保证飞机在跨洋飞行时，在确定的航线上，在标准大气条件下，一台发动机不工作时，仍能以巡航速度在规定时间内飞抵最近的备降机场。

世界上第一个ETOPS认证是120分钟。这意味着，该双引擎客机的航线上任何一点都可以在单发失效的时候，在不超过120分钟内到最近的机场进行紧急着陆。而且，航路规划的过程中，飞机飞行的不完全是直线，往往是沿着距离备降机场直线距离120分钟内的路径不断调整航向飞行。

如果客机在“ETOPS 120分钟”规则下运行一年无故障，就允许进一步升级为“ETOPS 180分钟”。PW4000就是ETOPS-180认证的发动机之一。现在空客的A350客机的ETOPS认证高达370分钟，也就是说A350即便在一个发动机坏了的情况下，依然能够靠另一个发动机最长飞行6小时。

最后，发动机失效作为飞行中威胁安全的头等大事，其处置一直是飞行员训练中必不可少的科目。飞行员每半年的模拟机复训中，都会有各种情况下发动机失效的演练。在模拟机上，不管是新来公司的年轻副驾驶，还是白发苍苍的飞行教员，都会严格按照规定程序和动作要领一丝不苟地训练发动机失效时的处置程序，并且接受极其严格的检查，只有检查合格后才能去执行航班任务。

波音公司今年1月27日公布的2020年全年财报显示，受到全球新冠肺炎疫情和737MAX机型停飞等因素影响，公司全年亏损超过119亿美元，如今深陷普惠发动机泥潭，未来之路或许更加艰难。

参考资料：

1. 一天两起爆炸！波音又出事丨央视财经，2021-2-22

2. 波音建议停飞安装PW4000发动机的777飞机，共128架丨澎湃新闻，2021-2-22

3. 波音777的动力之源普惠PW4000发动机设计特点丨陈光北航教授

4. 普惠的光荣与梦想丨《大飞机》，2015-05-13

5. PW4000发动机维修市场即将进入衰退期丨《航空维修与工程》，2018-05-07

6. 美国家运输安全委员会：波音777发动机故障诱因系金属疲劳丨浙江新闻客户端，2021-02-23

7. 波音777遭日本停飞但波音公司面对的不只是飞机问题丨第一财经，2021-2-22

8. A330neo换发背后：市场竞争的需要丨《中国航空报》，2018-01-09

9. 2020年中国航空发动机产业格局、市场发展现状及未来发展趋势分析丨2020-4-21

10. 解读飞机“单发”丨民航资源网，2011-08-26