爱华网上周五，8月23日，傍晚6点20分，一架隶属于加拿大CHC直升机公司的超级美洲豹AS332-L2坠毁于苏格兰主岛以北谢德兰群岛附近的北海海面。机上18人有4人遇难。超级美洲豹飞机的生产商是欧洲直升机公司，简称欧直。英国北海是世界上最大的能源产地之一，去年有大约5万7千名工人主要通过直升机往返于陆地和600个海上石油设施之间。周五的事故之后，北海地区三个最大的直升机运营商停飞了包括AS332-L2在内的四种超级美洲豹机型。但CHC在本周一又恢复了超美洲豹的飞行。目前事故原因正在调查之中。
2009年4月，一架型号为超美洲豹Mk2的AS332-L2的飞机就坠毁在北海。那次事故造成机上所有16人丧生。对于那次事故的原因和调查过程，我写过一篇文章。http://blog.sina.com.cn/s/blog_50ee21120100l522.html
超美洲豹的另外一个型号，EC225，在去年发生了两次由于齿轮箱故障在海上迫降的事故。索性那两次事故没有造成人员伤亡。那两次事故之后，EC225型号被英国和其他国家停飞了大约10个月。在此期间，欧直拿出了一套临时性的齿轮箱和监控系统的改造方案，提供给用户。所以在今年7月，EC225得以复飞。
在去年的EC225两起事故之后，我写过一篇文章分析事故原因。当时由于比较敏感，没有发表。这次由于超美洲豹再次发生事故，另外我的工作也有变动，所以可以发表了。
一下就是我去年写的那篇关于EC225两次事故的文章。因为是去年写的，所以里面的“今年”是指2012年。
背景
EC225 LP超级美洲豹直升机是一种远程客运直升机。是欧洲直升机公司（以下简称欧直）民用美洲豹家族的最新型号。该型号为双引擎，根据用户需要，除两名机组和一名乘务员外最多可运载24名乘客。这种飞机的市场定位是近海石油服务，VIP客户运输和公共服务任务。1998年6月欧直宣布EC225 LP飞机的开发。2000年11月27日首架原型机进行首飞。2004年7月获得了欧洲航空安全局颁发的安全认证（从宣布开发到获得认证用了6年）。图一为属于比雷斯托（Bristow）公司的一架EC225 LP直升机。
图一：EC225 LP直升机
今年EC225 LP直升机在5月和10月份分别发生了两次事故。在事故中飞机不得不在海上紧急降落。英国民航局在10月份第2次事故之后命令客户停止EC225的海上飞行。EC225在全球得到石油和天然气公司的广泛使用，执行向近海平台输送人员和装备的任务。停飞造成大量平台上的工人被迫加班，也导致石油公司和航空运输公司增加开支另寻替代飞机。欧直首席执行官卢兹*伯特灵告诉客户欧直希望在明年2月之前可以解决问题，使受影响的飞机重新投入运行。停飞对美国的比雷斯托(Bristow)集团公司，加拿大的CHC直升机公司，和英国的邦德(Bond)航空集团公司造成的影响最大。比雷斯托公司估计包括英国北海能源产业内直升机服务的三分之一，全球范围内百分之60到70的超美洲豹已经停飞。本来能源巨头们正热火朝天加大在英国北海，墨西哥湾以及巴西和西部非洲沿海这些偏远地区的探测和产量，超级美洲豹的停飞加剧了直升机短缺。比雷斯托公司总裁比尔*齐雷斯认为这次停飞对业内各方都会造成影响。航空运输公司正将替代飞机调往英国北海弥补EC225停飞造成的空缺。另外，他们也在考虑订购其他公司的类似产品。比如，邦德公司从联合技术公司所属的西科斯基订购了１０架S-92飞机。这说明用户对连续出事的飞机会很快失去信心。航空产品品质的信誉要用户通过长期体验赢得，而失去这种信誉只需要几次事故。
下面我们稍微详细地了解一下EC225飞机，这两次事故的过程和到目前为止事故调查的结果。
EC225是在欧直AS332L2超美洲豹的基础上开发改进的。得到改进的地方包括主桨由4片桨叶增加到5片，另外通过更新翼型降低了振动。引擎由特帕梅卡（Turbomeca）公司的马凯拉（Makila）1A1型升级为更为强劲的2A1 型。2A1型配置双通道全限数字引擎控制（FADEC） 系统和除冰系统。其他改进包括加强了主齿轮箱，带有主动矩阵液晶显示的全玻璃驾驶舱。
主齿轮箱
我们再看一下EC225的主齿轮箱。主齿轮箱将动力从引擎传递至主旋翼。动力首先从引擎通过一个合成轮和一个伞状主动齿轮传至伞状从动齿轮上。大部分动力向上传递到行星系齿轮齿轮箱。伞状从动齿轮垂直轴底部安装的两个齿轮用来驱动主辅润滑油泵。图二显示了EC225主齿轮箱构造。
图二：EC225主齿轮箱构造
EC225 LP的主齿轮箱和AS332L2的齿轮箱设计相似，但可以传递更大扭矩。和AS332 L2相比，EC225 LP的主齿轮箱也有两处巨大区别。首先锥状齿轮箱箱体得到了加强，另外伞状齿轮垂直轴的材料从16NCD13渗碳合金钢变成了32CDV13渗氮合金钢。欧直已经停止生产部件代号为331A323115的16NCD13钢轴，AS332 L1和L2 型号主齿轮箱相应的部件都由部件代号为332A325101的32CDV13钢轴所取代。到目前为止，一共大约生产了732根32CDV13钢轴。伞状齿轮垂直轴由伞状齿轮和垂直轴构成，两者通过电子束焊接的方法连接到一起。在主齿轮箱中，这根轴并不是唯一使用电子束焊接的轴。图二中的伞状主动轮和合成轮也是通过电子束焊接连接起来的。为了保证轴结构的完整性，通过钻括一个4.2毫米直径的孔去除焊接末端连续性不好的材料。结构的不完整性会造成应力集中，容易造成疲劳损伤。所以这个孔本身也造成了材料的不连续性。欧直的工程师一定考虑了这个问题，但细节我们就不知道了。在孔的两端还各加工出一个埋头孔（倒角）。孔上安装了一个PTFE塞用来控制垂直轴内部润滑油的流动。
主齿轮箱认证要求
EC225 LP是根据联合航空条例（Joint Aviation Regulations,简称JAR，相当于美国的Federal Aviation Regulations,简称FAR）29认证的。认证要求中的一项就是直升机在主齿轮箱润滑系统失灵后能够以特定的扭矩和主桨转速保持至少30分钟的安全飞行。EC225 LP依靠一个使用Hydrosafe 620液体（乙二醇和水的混合物）的紧急润滑系统为主齿轮箱降温与润滑，从而满足了认证要求。
主齿轮箱润滑
主齿轮箱润滑系统包括两个润滑油机械泵和一个由机组启动的应急润滑系统。
正常状态下主齿轮箱需要２２升润滑油。工作时，位于伞状齿轮垂直轴下半段的润滑油泵主动齿轮驱动油泵（主泵和辅泵）。
应急润滑系统包括：从左侧引擎提供的吹气气源，一个容量为１１升的Hydrosafe620液箱，一个电驱动泵，在主齿轮箱箱体周围和内部的一系列用来输送Hydrosafe620喷雾的管道，以及在印刷电路板上的控制和监测系统。
应急润滑系统启动时，一个电子阀门开启，来源于左侧引擎的气流吹入紧急润滑系统。同时，Hydrosafe620被从液箱中压入应急系统以雾状喷射入齿轮箱。喷雾将为主齿轮箱提供至少３０分钟的降温和润滑。
主齿轮箱上有两个类似的感应器，它们分别监测Hydrosafe620液压和吹气管道中的压力。如果任何一处的压力降低，或者发生信号错误，主齿轮箱的应急润滑警告灯会亮起。警告只有在紧急润滑系统到达稳定状态之后才可以正常工作。在被启动之后30秒内，应急润滑系统工作还未达到稳定状态，所以警告是被锁死的。
两次事故过程
图三显示了两次事故发生地点。
图三：两次事故发生地点
第一次事故发生在今年5月10日上午11点14分。出事地点位于苏格兰阿伯丁（Aberdeen）以东20海里处。飞机为注册为G-REDW的EC225 LP 超美洲豹，2009年出厂，序号为2734。当时飞机上面有2名机组，12名乘客。事故中2名乘客受轻伤。
5月10日上午这架飞机按预定计划从阿伯丁机场飞往东面150海里位于北海的马尔斯克石油平台（Maersk Resilientplatform）。在3千英尺高度，飞机以大约143节的速度处于自动巡航状态。在到达阿伯丁以东34海里的位置时，仪表显示主齿轮箱的主辅润滑系统压力降低。随后飞机监测系统探测到了金属碎屑，同时主齿轮箱的油温开始升高。
机长立刻恢复了对飞机的控制，把飞行速度降到80节，将飞机掉头飞向海岸线，并且开始降低高度。机组开启了紧急润滑系统。后面将要讲到，这个紧急润滑系统的作用是在主齿轮箱失去润滑之后可以为齿轮箱提供至少３０分钟的降温和润滑。但是这个紧急润滑系统启动没有多久，中央警告板上的主齿轮箱紧急润滑显示灯就亮了。这个灯一亮，就表明紧急润滑也失灵了。此时相关的处置程序就是立刻降落。好在机组没有犹豫，机长向乘客通报了一下情况，就开始海上降落。由于处理果断，飞机在海上安全降落。此时总飞行时间为27分钟。
紧急漂浮装置使得飞机在海面上可以保持正常姿态。在关闭引擎刹住旋翼之后，机组和乘员通过右舷舱门撤离到救生筏上。一架搜救直升机救出了救生筏上的6个人，其余人员被转移到英国皇家全国救生艇协会（RoyalNational Lifeboat Institution(RNLI)，相当于美国的海岸警卫队）的救生艇上。
第二次事故发生在今年10月22日下午2点25分。出事地点位于北海的桑姆博格――谢德兰群岛（Sumburgh, ShetlandIslands）西南大约32海里。飞机为注册为G-CHCN的EC225 LP 超美洲豹，2007年出厂，序号为2679。当时飞机上有2名机组，17名乘客。事故中没有伤亡。需要提一下，大概是担心飞机会沉入海底，机组在撤离时取走了纪录飞机振动信号的可移动内存卡。
出事这天这架飞机按计划从阿伯丁飞往北方226海里之外的西凤（West Phoenix）钻井平台。根据机组回忆，当飞机在3千英尺高度，以140节速度，81%引擎扭矩巡航时，中央警告板上的齿轮箱灯亮起。另外飞机管理系统的主压力，主齿轮箱油温，备用润滑油泵压力灯也都亮起，主齿轮箱油压显示为零。之后中央警告板的主齿轮箱油压灯亮起。机组立刻按照“主齿轮箱油压完全丧失”的应急预案启动应急润滑系统。但不到1分钟中央警告板上的主齿轮箱紧急润滑灯也亮了，这表明紧急润滑系统失灵。
主齿轮箱紧急润滑灯亮了之后，机组就按照应急预案采取了带动力紧急降落操作，并成功将飞机降落在一艘油轮附近的海面。乘客和机组撤离到2个救生筏上，随后被救到了油轮上。整个过程中没有人员伤亡。
这两次事故的过程如出一辙。都是在飞行中飞机监测系统显示主齿轮箱失去主辅润滑，在机组启动紧急润滑系统之后不久，监测系统又警告紧急润滑系统失灵。这使得机组只好立即在海上迫降。监测系统发出的警告有正确警告和误报（falsealarm）之分。在这两次事故之中，主齿轮箱主辅润滑系统的监测可以说是红灯一片，似乎误报的可能性要低一些。如果是正确警告，那么是什么地方出了问题？至于紧急润滑系统的监测，由于在两次事故中都是在系统启动不久就告警，另外监测参数没有主齿轮箱润滑系统的监测参数丰富，会不会有误报的可能呢？如果是误报，又是监测系统的什么地方出了问题？看看我们能否在下面的事故调查中找到答案。
由于第二次事故发生在10月，对这次事故的调查还处于开始阶段。但第二次事故的初步调查结果和第一次事故到目前为止的调查结果非常相似。我们只看第一次事故到目前为止的调查结果。
第一次事故发生之后，英国航空事故调查分部（UKAir Accidents Investigation Branch (简称AAIB)，以下称调查分部，隶属于运输部，负责对英国和英国属地国土内发生的民航事故和非常严重的事件进行调查）派出由调查员和支援人员组成的团队赶往阿伯丁。根据国际协议，调查分部向法国航空事故调查局（Bureaud’Enquetes et d’Analyses pour la Securitie de l’Aviation Civile(简称BEA)，代表出事飞机生产国），还有欧洲航空安全局（European AviationSafety Agency (简称EASA), 负责出事飞机认证和适航性的法规制定部门）通报了这次事故。法国航空事故调查局指派了一位权威代表领衔一个由法国航空事故调查局和欧直顾问组成的小组协助调查。
工程调查
概述：5月10日发生事故的G-REDW飞机主齿轮箱是今年3月18日安装的。欧直在这之前对齿轮箱进行了大修，内容包括安装一根序号为M385的伞状齿轮垂直轴。就是这根轴在大约167飞行小时之后断裂了。
事故调查中，通过对主齿轮箱的拆检确定伞状齿轮垂直轴在焊接处那个4.2毫米孔处断裂。断裂之后，下半截轴向下移动，破坏了下侧滚柱轴承外轴承环的固位器，导致主动轮部分脱离了和润滑油泵从动轮的啮合。润滑油泵从动轮的轮齿被打坏，此过程产生的金属屑触发了机油箱磁性碎屑探测器。这时候，轴的下半截已经失去了驱动。在检查时发现齿轮箱箱体的各个部分以及所有的齿轮和轴承处都有乙二醇。在主齿轮箱内部其他部件上并没有发现热损和机械损伤。（笔者注：这是否说明应急润滑系统工作正常？）
对主齿轮箱的初步尺寸检查表明所有尺寸都符合设计公差要求。对伞状齿轮垂直轴的尺寸和同心度的检查还在进行。
轴断裂面：检查发现断裂的伞状齿轮垂直轴两个断裂面上有三条裂纹，标示为“A”，“B”和“C”（“A”和“Ｂ”裂纹见图四）。
图四：焊接处４．２毫米直径孔和裂纹
裂纹“Ａ”和“Ｂ”是从焊接处的４．２毫米孔开始的。两条裂纹的表面都有波纹和条纹痕迹，这是疲劳断裂的典型特征。裂纹“Ａ”的长度为３３６毫米（沿周向长度），环绕轴的周向扩展了大约２５０度。这条裂纹似乎是从一个位于内侧埋头孔内大约６０微米深的蚀坑开始扩展的。裂纹“Ｂ”的长度为１０６毫米，环绕周向扩展了大约８０度。这条裂纹似乎是从孔的内表面上一个微小缺陷开始扩展的。裂纹“Ｃ”的长度为４２毫米，环绕周向扩展了大约３０度。这条裂纹的一端和裂纹“Ａ”相连，另一端位于裂纹“Ｂ”的下面。尽管裂纹“Ｃ”表面有条纹，但没有波纹。
可以得出结论，这根伞状齿轮垂直轴上９９％的裂纹是疲劳导致的，另外１％是过载导致的。
４．２毫米孔：在调查中发现４．２毫米孔的直径满足设计指标。但是在孔表面留有加工刀痕，以及一条沿孔长度方向的螺旋状刮痕。另外，内外侧埋头孔的尺寸超过了设计指标范围，并且内侧埋头孔上有一些凹陷（见图五）。在内侧埋头孔四周位于ＰＴＦＥ塞和埋头孔之间空隙的位置有几片很小的蚀坑。这些蚀坑只有通过扫描电子显微镜才能被发现。
图五：４．２毫米孔和埋头孔的状态
断裂面横贯４．２毫米孔。通过带有ＩＳＯ－２ＣＲ过滤器的光洁度测量仪，测量出轴下半部４．２毫米孔表面沿长度方向的平均光洁度为１．６９５微米。但孔的一端比另外一端更加粗糙，光洁度分别为２．５０微米和０．２９微米。最深的地方在６０到７０微米之间。轴上半部孔表面沿长度方向的平均光洁度在０．９２微米到１．４８微米之间。
欧直对序号从Ｍ３０８到Ｍ５５９之间的１８根伞齿轮垂直轴进行了抽检。４．２毫米孔的尺寸存在一定不确定性，有几个的尺寸超出了设计公差范围。另外有几个孔表面有加工刀痕。
４．２毫米孔的工艺改变：最初的设计是在４．２毫米孔的两端加工出100°±1°的埋头孔（倒角）。２００９年９月欧直对生产工装进行标准化，由于这次调整，埋头孔的角度被改为和伞状主动轮上的埋头孔一样(90°±1°)。通过对埋头孔位置的应力分析认为埋头孔角度的变化对应力状态的影响可以忽略不计。２０１０年６月１４日生产出了更改之后的第一根轴，序号为Ｍ３３０。对于只在伞状齿轮垂直轴上的ＰＴＦＥ塞没有作任何修改。
由于对埋头孔倒角大小的改动，塞和埋头孔侧面之间的周向间隙变小了（间隙的横截面积大约为0.37mm x 0.05 mm）。
制造尺寸检查：为保证部件符合设计指标，在制造过程的最后阶段要进行尺寸核准。伞状齿轮垂直轴被归类为重要部件，根据代号为332A32510100-DI926的核准文件进行核准。这份文件罗列了该轴的设计特点，规定了需要准确核准的部件百分比。该文件要求１０％的４．２毫米孔的埋头孔需要利用一个橡胶合成复制品和外轮廓板进行核准。另外，还需要用手电和镜子对所有的孔和埋头孔进行检查。
尺寸核准还要求对孔的表面光洁度（Ｒａ）进行测量，保证光洁度低于１．６微米。但是当这根在５月１０日飞行中断裂的序号为Ｍ３８５的轴出厂时，并没有规定对表面划痕的接受标准。事故发生之后，欧直已经规定划痕的最大深度不能超过５微米。
疲劳试验：事故发生之后，欧直对其他的伞状齿轮垂直轴进行了单件和动力疲劳试验。在单件试验中，对轴加载弯距，确定焊接处的疲劳特性。在其中一次试验中，裂纹从试验之前故意制造了缺陷的４．２毫米孔的位置出现并且开始扩展。（这就是容错疲劳试验。在试验部件上故意制造缺陷，以确定它的容错疲劳特性。）
在动力试验中，安装了应变片的轴在ＥＣ２２５ ＬＰ的主齿轮箱中运转，以此来确定在正常工作时轴和焊接处的应力范围。疲劳试验的结果仍在分析当中。
应急润滑系统：事发时是ＥＣ２２５的应急润滑系统第一次在飞行当中得到使用。
在拆检中发现主齿轮箱里到处都有乙二醇，没有热损的迹象。在Hydrosafe 620液箱中所剩余的液体量表明电力泵工作正常。但是，在机组启动紧急润滑系统３２秒之后，主齿轮箱紧急润滑警告灯亮起（前面提到过在紧急润滑系统启动３０秒之内由于系统工作还没有到达稳定状态，紧急润滑警告灯处于锁死状态）。
对紧急润滑系统的调查集中在对这一系统的控制和监测上。通过对印刷电路板（用来控制和监测系统），两个压力传感器（空气和乙二醇），输送管道和相关连线的试验和检查，没有发现异常。事发后，发现本该封闭的Ｐ２．４阀门开启了一小部分。但是这也无法解释为什么主齿轮箱紧急润滑警告灯会亮起。欧直准备进一步调查这个问题。
为此，对紧急润滑系统的调查氛围扩大到评估部件可靠性和认证过程。初步证据表明系统内有些部件的使用可靠性要低于认证中系统安全评估里面的数值。这部分工作仍在进行。
健康与使用监测系统（ＨＵＭＳ）：直到事故发生之前６飞行小时，ＨＵＭＳ数据都没有显示重大异常振动。在此之前，和伞状齿轮垂直轴相关的振动水平参数低于从另外２３架ＥＣ２２５ ＬＰ直升机采集的数据平均值。
最后６小时的飞行包括事发之前的两次飞行。这期间监测伞状齿轮啮合频率的指示器ＭＯＤ４５和监视润滑油泵齿轮啮合频率的指示器ＭＯＤ７０的信号显示出上升趋势。
在２０１２年５月９日的最后一次飞行之后，ＭＯＤ４５监视器发出了一个安珀警报（amber alert）。２０１２年５月１０日的第一次飞行之后，两个监视器都发出了安珀警报。安珀警报一旦发出，飞机运营方就要决定是否需要采取维护措施。与安珀警报对应的是红色警报（red alert）。红色警报要求在再次飞行之前必须对飞机进行维护。运营方的机师根据飞机维护手册第４５．１１．０８．２１１章节的故障诊断图表对飞机进行了相应的维护工作。在２０１２年５月９日第一次安珀警报之后更换了加速度器上的垫圈。在２０１２年５月１０日的安珀警报之后检查了主齿轮箱上面的磁性碎屑探测器，但没有发现金属碎屑。另外还检查了其他３６个监测器的数据，也没有发现严重异常。根据飞机维护手册，飞机在处于每１０个飞行小时进行严格监测的状态下又投入了飞行。
事故发生后，欧直分析了ＭＯＤ４５和ＭＯＤ７０监测器的数据，并发布了代号为Ｎｏ４５－００１的欧直服务公告。此公告降低了发出安珀警报所要求的振动幅值，同时对这两个监视器设定了红色警报的界限。
下一步工作：调查分部将与有关部门进一步合作，完成对事故的调查。
调查将继续对疲劳试验的结果和其他数据及证据进行评估，以摸清引起伞状齿轮垂直轴疲劳裂纹产生和扩展的机理。另外也要对欧直的制造过程，尺寸检查和质量体系进行评估。
对紧急润滑系统内的部件还要做进一步试验，还要对飞行数据进行分析。另外，也要调查这次事故中运营和危机处置方面的因素。
