28.10.16 | AA383 | B767-300 N345AN | Chicago O'Hare (KORD) | Feuer nach Startabbruch

[FalconJockey]

Das wird gerade in einem separaten Thema diskutiert, hier bitte beim eigentlichen Unfall bleiben.

 

http://www.flightforum.ch/board/index.php?/topic/97849-handgep%C3%A4ck-und-die-notwendigkeit-wie-seht-ihr-das/

[DaMane]

.................

Wenn der glanz des Flugzeuges dann auch noch zerbricht, warum sollte man es weiter betreiben?

Auch eine Concorde war beim Crash natürlich nicht unzerbrechlich, ihr "Glanz" bleibt es weiterhin. Es wird sicher eine ganze Weile dauern, bis wir was vergleichbares am Himmel sehen werden.

 

Gruß

Manfred

[Lubeja]

Das NTSB hat eine Pressemeldung zum Thema herausgegeben:

http://www.ntsb.gov/news/press-releases/Pages/pr20161104.aspx

Offenbar ein Ermüdungsbruch an der betroffenen Turbinenscheibe. Das anschliessende Feuer resultierte aus ausgelaufenem Treibstoff, da ein Teil der Turbinenscheibe ein Leck in die Flügelstruktur geschlagen hat. Zitat: One piece went through the inboard section of the right wing, over the fuselage and into a UPS warehouse facility.

(Damit ist der Unfall ganz klar auf eine miese Boeing-Konstruktion zurückzuführen, wahrscheinlich lag es am fehlenden FBW  :004:  :ph34r:  :P)

[Danix]

(Damit ist der Unfall ganz klar auf eine miese Boeing-Konstruktion zurückzuführen, wahrscheinlich lag es am fehlenden FBW  :004:  :ph34r:  :P)

 Eher um eine miese Triebwerks-Konstruktion, denn genau dieser Fall ist designtechnisch durch das Containment abgedeckt.

[Volume]

 

Damit ist der Unfall ganz klar auf eine miese Boeing-Konstruktion zurückzuführen

Nicht auf eine miese, sondern auf eine alte...

Seit ungefähr 30 Jahren gibt es die explizite Vorschrift, dass die Tanks so angeordnet sein müssen, dass eine Drittelturbinenscheibe kein derartiges Leck schlagen kann, daher haben moderne Flugzeuge eine sogenannte "dry bay" im Flügel, also eine "nicht-Tank-Region" an den Stellen, die innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs rund um die Turbinenscheibe liegen.

 

Das gefährlichste noch im Betrieb befindliche Flugzeug in dieser Hinsicht ist die 737-200, bei "moderneren" Flugzeugen liegt das Triebwerk weiter vor dem Flügel, so dass der kritische Bereich viel kleiner ist.

Zum Glück ist es bisher noch bei keinem dieser Flugzeuge zu einem uncontained failure der Turbine gekommen... Bei dem Triebwerksmuster schon.

 

genau dieser Fall ist designtechnisch durch das Containment abgedeckt.

Nein, nur Fanschaufeln sind durch das Containment abgedeckt, Turbinenfragmente sind durch das Flugzeugdesign abgedeckt (risk management).

 

wahrscheinlich lag es am fehlenden FBW

Im Gegenteil :P

Wenn du Steuerseile durchschlägst, funkt nichts. Wenn du FBW Kabel durchschlägst, hast du eine Zündquelle für den Kraftstoff.

Die Steigerung sind dann elektrische Aktuatoren in der Flügelsteuerung, da hast du sogar 220V Leitungen die durchschlagen werden :o

 

Gruß

Ralf

[IFixPlanes]

...

Die Steigerung sind dann elektrische Aktuatoren in der Flügelsteuerung, da hast du sogar 220V Leitungen die durchschlagen werden

...

 

220V Leitungen für "elektrische Aktuatoren in der Flügelsteuerung"?

Da wird mir deutlich, wie viel ich von deinen anderen Aussagen halten muss, die ich nicht auf die Schnelle nachschlagen kann/will.

[Brufi]

Mit einem turbine disc failure ist nicht zu spassen.

Die Turbinenwelle ist aus einzelnen Scheiben aufgebaut welche normalerweise miteinander verschraubt sind. Diese Turbinenscheiben sind im Betrieb enormen Fliehkräften und hohen Temperaturen ausgesetzt. Falls eine Scheibe des Turbinenrotors unter den Zentrifugalkräften reisst, dann durchschlagen die Fragmente normalerweise einfach alles was sich in ihrer Flugbahn aufhält. Um einen solchen Fall contained halten zu können, müsste man einen sehr massiven Mantel um jedes Triebwerk herum bauen. Aus Gewichtsgründen ist das nicht darstellbar bei einem Flugtriebwerk.

 

Solche disc failures kommen immer wieder mal vor und führen zu massiven Schäden am Triebwerk (völlige Zerstörung) und der Flugzeugzelle. Für das Bersten der Turbinenscheibe kommen allerdings unterschiedliche Ursachen in Frage. Beispiele sind: i) Ölleckage eines Wellenlagers und in der Folge ein Ölbrand welcher die Welle zwischen Kompressor und Turbine soweit erhitzt, dass der Werkstoff die Festigkeit verliert und die Welle in der Folge unter der Last einen Torsionsbruch erleidet. Die dann ungebremste Turbine überdreht dann innert Sekundenbruchteilen derart heftig, dass die Turbinenscheibe unter den Zentrifugalkräften auseinanderbirst.
ii) Der zweite failure mode ist Ermüdung, wobei zwei unterschiedliche Schädigungsmechanismen in Frage kommen, die auch kombiniert auftreten können: Kriechen und low cycle fatigue also zyklische Ermüdung. Beides lässt sich durch periodische Überprüfungen und Lebensdauerbeschränkung in den Griff bekommen - eigentlich. Fehlerstellen im Material können bei der Fertigung oder bei der Inspektion anlässlich eines Triebwerksoverhaul unentdeckt bleiben und nach etlicher Zeit zum Versagen einer Turbinenscheibe führen.

Ich mag mich an einen Fall einer AUA MD-80 in Wien erinnern, andere prominente Fälle sind z.B. der Sioux-City crash einer DC10, oder der A-380 Fall der Quantas in Singapore, ich mag mich an einen A330 Fall bei Edelweiss erinnern und einen Jumbolino Fall der Swiss wo im cruise durch die herumfliegenden Fragmente des einen Triebwerks auch das zweite Triebwerk auf der gleichen Seite soweit beschädigt wurde, dass es ausfiel.

 

Gruss

 

Philipp

Bearbeitet 8. November 2016 von Brufi

[Volume]

 

220V Leitungen für "elektrische Aktuatoren in der Flügelsteuerung"?

Da wird mir deutlich, wie viel ich von deinen anderen Aussagen halten muss, die ich nicht auf die Schnelle nachschlagen kann/will.

falls du etwas länger lesen möchtest, um zu vermniden dich hier mit unqualifizierten Aussagen zu blamieren...

A350 Moog Aktuatoren

230 VAC network

Reduced costs of operations by weight savings (feeders)

Electrically-powered Electro-Hydrostatic actuators (EHA)

Electrically and Hydraulically powered Electrical Back-up Hydraulic

Actuators (EBHA)

EHA 230V AC, EBHA 230V AC

Das innere Querruder und ein Spoiler pro Flügel werden beim A350 mit 230VAC betrieben (Asche auf mein Haupt hier die populärwissenschaftlichen 220V anzuführen, mit denen wir traditionell unser inzwischen auch mit 230V versorgtes Stromnetz zuhause bezeichnen). Und Seiten- und Höhenruder auch, aber die sind ja nicht im Flügel.

 

Gruß

Ralf

[Volume]

Beides lässt sich durch periodische Überprüfungen und Lebensdauerbeschränkung in den Griff bekommen - eigentlich.

Das problematische bei einer Lebensdauerbeschränkung ist, dass man Annahmen über die Nutzung machen muss, sprich wie oft und wie lange läuft das Triebwerk mit welcher Drehzahl, und welche Fertigungstoleranzen/Unwucht erhöhen die Lasten noch, welche Streuung gibt es bei der Materialqualität. Es wäre völliger Zufall, wenn auch nur ein einziges Triebwerk im wahren Leben genau so genutzt wird und genau in der Betriebsstunde bzw. bei dem Flug versagt, bei dem es vorhergesagt wurde.

 

Ich kenne mich jetzt nicht explizit mit Materialermüdung bei Triebwerken aus, aber an der Zelle sind es die mittleren Lasten, die entscheidend für die Lebensdauer sind (nicht wie wenigen Flüge in starker Turbulenz oder die wenigen harten Landungen, und nicht die Hochfrequenten kleinen Lastschwankungen). Von daher befürchte ich ein analoges Problem für Triebwerke, und damit ein höheres Risiko für Triebwerke die etwas geschont (nur seltenst mit Vollast genutzt), aber länger betrieben werden als unsprünglich angenommen. Schwer zu sagen, bei so seltenen Ereignissen und einer ständigen Weiterentwicklung der Technologie kann man selbst statistisch kaum zu einer belastbaren Aussage kommen.

Die Wahl eines Sicherheitsfaktors auf die Lebensdauerbeschränkung der eine hinreichend geringe Eintrittswahscheinlichkeit sicherstellt bleibt eine Kunst.

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Das ist so. Ich kenne mich ein wenig aus mit der gleichen Thematik, allerdings bei grossen Kraftwerks-Gasturbinen, auch wenn Rotorlebensdauer nicht exakt mein Arbeitsgebiet ist.

Bei unseren grossen Maschinen ist das Rotorleben normalerweise durch Kriechen begrenzt, es gibt aber auch Stellen (beispielsweise Kühlluftbohrungen oder Zacken der Tannenbaumprofile für die Schaufelbefestigung) wo u.U. LCF (low cycle fatigue) zum lebensbegrenzenden Mechanismus wird.

Normalerweise ist es so, dass durch die unterschiedlichen Schädigungsmechanismen auch unterschiedliche Stellen des Bauteils (disc) das Lebensdauerlimit zuerst erreichen und dies erlaubt, die Beanspruchungen einzeln zu betrachten.

Konkret: Stelle (A) an der Scheibe wird durch zyklische Beanspruchung belastet und dies wird gemäss Theorie und Modellrechnung bei einer Materialfestigkeit am unteren Rand der Streuung nach einer Anzahl von x Zyklen zu einem Anriss führen. Ergo wird man eine maximale Anzahl n Zyklen von deutlich weniger als x zulassen und dann ist die Scheibe zu ersetzen.

An der gleichen Scheibe gibt es an einem anderen Ort eine Stelle (D) welche nach einer Betriebszeit von k Stunden bei der Drehzahl und Temperatur aufgrund der Fliehkräfte durch Kriechdehnung die Lebensdauergrenze erreicht. Die Kriechbeanspruchung lässt sich übrigens für unterschiedliche Drehzahlen und Temperaturen über einen jeweiligen Zeitraum kumulativ berechnen. Somit ergibt sich eine maximale Betriebsdauer für die Scheibe welche knapp unter k liegen wird.

Die Schädigungsmechanismen für Stelle (A) und (D) sind praktisch unabhängig voneinander. Entweder n Zyklen oder k Stunden. Der erste, welcher die Grenze erreicht ist limitierend.

 

Wie Ralf korrekt sagt, gibt es einerseits Streuungen in der Materialfestigkeit und andererseits werden die individuellen Maschinen unterschiedlich genutzt. Da gibt es vom peaker (täglich 1-2 Starts) bis zum baseload runner (ein Start pro Jahr, dazwischen 360 Tage non-stop baseload) sämtliche Variationen. Ausserdem wandelt sich die Betriebsart während der Lebensdauer eines Kraftwerks.

Ähnlich verhält es sich mit den Flugtriebwerken. Da gibt es Operators welche extreme Kurzstrecken fliegen, mittlere Flugdauer unter einer h, 8 oder mehr cycles jeden Tag und andere operieren den selben Triebwerktyp auf Mittelstrecken, 2 cycles pro Tag und mittlere Flugdauer um die 3 h.

Bei den Kraftwerksgasturbinen haben wir einen Lebensdauerzähler. Anzahl Starts, separat für Kalt- und Warmstarts, Schnellentlastungen, Lastabwürfe und Trips werden erfasst, ebenso gefeuerte h, gefeuerte h im oberen Lastbereich, Stunden bei Spitzenlast, etc.

Anhand dieser Daten werden Inspektions- und Austauschintervalle festgelegt. Wobei die Kriterien, wann zu inspizieren oder auszutauschen ist, laufend anhand der Erfahrungen verbessert werden.

 

Die heutigen Flugtriebwerke sind ebenfalls mit Datenerfassungssystemen ausgerüstet (von dort kommt diese Entwicklung) und dadurch lassen sich die Betriebsparameter für jedes individuelle Triebwerk erfassen. Gleichzeitig wird auch ein Trend-Monitoring gemacht und die Daten werden bei vielen Airlines sogar in real time an die home base übermittelt. Dies hilft sehr um insbesondere den Zustand des Heissgaspfads und des Kompressors zu überwachen und einerseits die Triebwerke solange zu betreiben, bis sie wirklich einen shop visit nötig haben und andererseits um bei sich allmählich entwickelnden Problemen frühzeitig und vorbereitet eingreifen zu können.

 

Das alles nützt etwas gegen disc failures aber 100%ige Sicherheit gibt es da eben nicht. Man kann zwar die individuelle Beanspruchungshistory für jede einzelne Scheibe erfassen und anhand einiger Kriterien Inspektions- oder Austauschintervalle festlegen. Aber falls bei Inspektionen bei der Herstellung oder später bei einem overhaul Fehlerstellen nicht detektiert werden, dann kann trotzdem etwas aus dem Ruder laufen.

 

Gruss

Philipp

Bearbeitet 8. November 2016 von Brufi

[Volume]

Ein paar Updates vom NTSB auf aero.de.

NTSB findet Materialfehler in HDT-Scheibe

 

Der offene Triebwerksschaden sei vermutlich Folge eines Materialfehlers in der sichergestellten Hochdruckturbinenscheibe, teilte das NTSB weiter mit. In der Legierung seien "interne Verunreinigungen" festgestellt worden, die offenbar zu einem vorzeitigen Ermüdungsbruch führten.

...

Der nun festgestellte Materialfehler lasse sich auf eine "geringe Anzahl" von HDT-Scheiben aus dem Produktionsjahr 1997 eingrenzen. Aktuell sei nur noch ein Triebwerk mit einer potenziell ebenfalls von dem Defekt betroffenen HDT-Scheibe im Einsatz.

 

Gruß

Ralf

[Hunter58]

Man darf nicht vergessen dass die Triebwere in dem vorliegenden Fall nicht zu den neuesten gehören und die Überwachung weniger Parameter umfasst.

[Volume]

Auch die modernsten Überwachungseinrichtungen gucken nicht tief ins Triebwerk rein, im wesentlichen zeichnen sie all das auf, was die FADEC sowieso zum Arbeiten braucht.

Man kann vieles aus den offensichtlichen Messwerten ableiten (z.B. aus der Hochlaufzeit, dem Temperaturverlauf, dem Spritfluss...), aber nicht ins Material von ermüdungskritischen Bauteilen gucken.

Man kann die Lebensdauerrechnungen anhand der tatsächlichen Nutzung verfeinern, aber es bleibt immer noch eine gewaltige Streuung.

 

Gruß

Ralf

[IFixPlanes]

falls du etwas länger lesen möchtest, um zu vermniden dich hier mit unqualifizierten Aussagen zu blamieren...

A350 Moog Aktuatoren

Das innere Querruder und ein Spoiler pro Flügel werden beim A350 mit 230VAC betrieben (Asche auf mein Haupt hier die populärwissenschaftlichen 220V anzuführen, mit denen wir traditionell unser inzwischen auch mit 230V versorgtes Stromnetz zuhause bezeichnen). Und Seiten- und Höhenruder auch, aber die sind ja nicht im Flügel.

 

Gruß

Ralf

 

Ach Ralf,

wenn ich etwas über den A350 lesen will, dann gehe ich auf AirbusWorld.

Hier geht es um die B767-3.

 

[Volume]

Nein, hier ging es um den Unterschied zwischen 767 und FWB Flugzeugen:

wahrscheinlich lag es am fehlenden FBW

Und ich sprach von der Steigerung (Weiterentwicklung) moderner Flugsteuerungen.

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Unten ein Bild der mutmasslichen Ausgangsstelle des Ermüdungsbruchs aus der NTSB Veröffentlichung.

Die dunkel verfärbte Rissoberfläche dürfte mit grösster Wahrscheinlichkeit das Ausmass des vorbestandenen Anrisses sein wie sie vor dem Start zum Unfall bereits bestand. Die Rissoberfläche ist durch die hohe Temperatur im Betrieb oberflächlich etwas oxidiert (dunkle Anlauffarben). Diese Verfärbungen entstanden wohl auf den Flügen vor dem Unfall. Der Anriss hat mikrobisch klein angefangen und ist innert einer gewissen Zahl (ein paar Duzend bis ca. 100) von Zyklen (1 Zyklus = 1 Flug) gewachsen, d.h. bei jedem Zyklus ein wenig weitergerissen.

Beim Startlauf welcher zum Bersten der Scheibe führte wurde der Riss kritisch, d.h. er wuchs nun sehr schnell und der Restquerschnitt versagte als Gewaltbruch. Die ganze graue Rissfläche ist beim Startlauf welcher zum Unfall führte entstanden, das meiste ist als Gewaltbruch gerissen.

 

 

One of the fractures exhibited features consistent with fatigue cracking initiating at an internal inclusion near the forward side of the hub’s inner bore.

 

 

 

Man kann zwar die individuelle Beanspruchungshistory für jede einzelne Scheibe erfassen und anhand einiger Kriterien Inspektions- oder Austauschintervalle festlegen. Aber falls bei Inspektionen bei der Herstellung oder später bei einem overhaul Fehlerstellen nicht detektiert werden, dann kann trotzdem etwas aus dem Ruder laufen.

 

 

The disk had 10,984 cycles and had a life limit of 15,000 cycles. Review of the engine maintenance and manufacturing records and processes are ongoing.

 

Gruss

Philipp

Bearbeitet 9. November 2016 von Brufi

[Heiri_M]

Mich würde noch interessieren, wie es bei den Kompressor-Disks aussieht. Sie drehen doch gleich schnell wie die Turbine. Sind sie weniger massiv gebaut? Gab es da auch schon Versager?

[Volume]

Ja, bei British Airways in Vegas hat eine Verdichterscheibe versagt. Bei Verdichtern hat auch oft nicht jede Schaufelreihe ihre eigene Scheibe, da hat man ein "Verdichterrohr" mit mehreren Schaufelreihen.

 

Prinzipiell ist es besser, die Turbine etwas "schneller" laufen zu lassen, als den Verdichter (Ähnliche Überlegungen führen zum Geared Turbofan, Grund ist, man kann in einem Turbinenstator die Luft mit Druckabfall stärker umlenken, als im Verdichterstator gegen Druckanstieg, daher die höhere Tangentilkomponente der Strömung, ganz grob vereinfacht...), was man dadurch erreichen kann, dass man sie mit größerem Durchmesser baut. Das erhöht natürlich die Fliehkräfte. Und dann braucht es wegen der hohen Temperatur auch noch andere Materialen und Kühlluftbohrungen, was die Schaufeln schwerer macht, das erhöht nochmal die Lasten. Und auch das Grundmaterial muss ein Kompromiss aus Ermüdungsfestigkeit und Hitzebeständigkeit sein.

 

Gruß

Ralf

[Heiri_M]

Ich verstehe Dich nicht ganz. Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine laufen doch gleich schnell, analog für Niederdruck?

[Brufi]

LP compressor und LP turbine sitzen auf einer gemeinsamen Welle (man könnte auch sagen: sind aneinandergeschraubt), genannt LP spool oder auch N1 spool.

HP compressor und HP turbine sitzen auf einer gemeinsamen Welle, genannt HP spool oder auch N2 spool.

 

Die Randbedingungen im Kompressor Rotor sind weniger brutal als in der zugehörigen Turbinenwelle.

Gründe:

1.) Das Temperaturniveau ist deutlich geringer. Ich meine die Metalltemperatur des Rotors. Weil beim Kompressor maximal die Lufttemperatur an der jeweiligen Stufe vorkommt. Die vorderen Turbinenscheiben werden aber von Kompressorendluft umspült und die Schaufeln sitzen im Heissgas und leiten zusätzliche Wärme ab in die Rotorscheibe.

2.) Die Verdichterschaufeln sind viel leichter als die Turbinenschaufeln.

3.) Die Turbinenschaufeln sitzen häufig auf einem grösseren Radius als die Kompressorschaufeln

 

Entsprechend kann für die Kompressorwellen bzw. -Scheiben hochlegierter Stahl verwendet werden, Bei den Turbinenscheiben kommen Nickellegierungen zum Einsatz, zum Teil sogar pulvermetallurgisch hergestellt.

Bei den Kompressoren kommen in den vorderen (LP) Stufen sogar Trommelrotoren in Frage, im Hochdruckrotor jedoch ebenfalls Scheiben.

 

Gruss

Philipp

[Volume]

Ich verstehe Dich nicht ganz. Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine laufen doch gleich schnell

Philipp hat es im Prinzip schon gesagt, Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine laufen zwangsweise mit gleicher Drehzahl, die Geschwindigkeit der Schaufeln (analog zur Tangentialgeschwindigkeit der Strömung am Ausgang des Stators) muss man daher (wo möglich) über den Durchmesser der Scheibe anpassen. Energie entzieht man der Strömung durch Änderung der Tangentialgeschwindigkeit (Kraft auf die Schaufel durch Impulsänderung der Strömung senkrecht zur Welle) mal Geschwindigkeit der Turbinenschaufel, je schneller die Schaufeln desto mehr Energie kann man entnehmen. Irgendwann wird es natürlich transsonisch, und der Wirkungsgrad schlechter. 

Am Ausgang der Turbine (insbesondere der letzten) will man möglicht Tangentialgeschwindigkeit Null haben. Große Änderung geht also nur durch viel Tangentialgeschwindigkeit am Turbineneintritt (Leitschaufelaustritt), und die braucht hohe Blattgeschwindigkeiten der Turbine um sie mit dem richtigen "Anstellwinkel" aufzunehmen.

Verdichter sind komplexer... Mein Strömungsmaschinenprofessor pflegte zu sagen, man fällt die Treppe einfacher runter als rauf. Beim Verdichter muss man viel auf die Befindlichkeiten der Luftströmung Rücksicht nehmen, damit es nicht zu Ablösungen (Compressor Stall) kommt, daher kann man da nicht so viel wie rein energietechnisch sinnvoll umlenken.

 

Trommelrotoren

Das ist wohl das bessere deutsche Wort als "Verdichterrohr".

 

Gruß

Ralf

[Volume]

Eine aktualisierte NTSB Seite mit allerlei Dateien ist verfügbar, der Abschlussbericht wird zeitnah erwartet.

 

Gruß

Ralf

[FalconJockey]

Ich zitiere mal die interessanteste Passage:

 

Through extensive examination of the disk fragments at the NTSB lab in Washington investigators determined there was a subsurface defect in the disk at the time of manufacture. Because of the nature of the defect and the limits of inspection methods, the NTSB concluded the defect was likely undetectable when the disk was produced in 1997.

Investigators further determined the defect had been propagating microscopic cracks in the disk for as many as 5,700 flight cycles – one takeoff and one landing – prior to the accident. Although the disk had been inspected in January 2011, the NTSB said the internal cracks were also most likely undetectable at that time because the current required inspection methods are unable to identify all subsurface defects.

[cosy]

220V Leitungen für "elektrische Aktuatoren in der Flügelsteuerung"?

Da wird mir deutlich, wie viel ich von deinen anderen Aussagen halten muss, die ich nicht auf die Schnelle nachschlagen kann/will.

Die 220V haben mich auch überrascht. Früher waren 110V 400Hz bei US Flugzeug üblich (einphasig). Sogar die F/A18 haben diese Speisung. Aber 220V? Ich nehme an auch 400Hz wegen der Gewichts Einsparung beim Generator. Bearbeitet 5. Februar 2018 von cosy

[Volume]

Nicht nur bei den Generatoren, auch bei den Kabeln.

Neu ist halt nur, jetzt auch ausserhalb der Kabine mit so viel Spannung zu hantieren, entlang der Flügeltanks derartige Kabel zu führen.

Aber die Diskussion ist alt und OT.

 

Gruß

Ralf