材料失效有多恐怖？

文/肖元

“挑战者”号发射图（图源：搜狐网）

1986年1月28日上午11时38分，在美国佛罗里达州卡那维拉尔角的肯尼迪航天中心，“挑战者”号航天飞机正在进行它的第十次发射，在万众瞩目下，“挑战者号”在发射架上点火升空，一切看起来非常顺利。

“挑战者“号空中爆炸解体（图源：搜狐网）

但在73秒后，在升空高度达到16千米后，变故发生，“挑战者”号爆炸解体，爆炸产生的大量残骸落入大西洋，七名宇航员罹难，其中第一次以平民身份参加太空飞行的女教师麦考利夫正准备在太空中向学生授课。

低温下失效的O型封环（图源：搜狐网）

这一空难事故的发生重创了当时的宇航事业，是人类航空航天史上的一大悲剧。事后调查发现，爆炸是右侧固态火箭推进器上面的一个O形封环失效所致。这个O形封环位于右侧固体火箭推进器的两个低层部件之间，由于发射时天气情况不佳，气温很低，导致O型封环在低温下失去弹性，硬化脆裂，失效的封环使原本应该是密封的固体火箭助推器内的高压高热气体泄漏，炽热的气体点燃了外部燃料罐中的燃料，毗邻的外部燃料舱在泄漏出的火焰的高温烧灼下结构失效，最终导致高速飞行的航天飞机在高空解体。

该事故使得美国航空航天局(NASA)的航天飞机计划暂停了32个月，直到1988年9月29日，“发现”号航天飞机才发射升空。

一个小零件却引发了大悲剧，然而由于一个关键零件材料的失效引发的空难事件并不罕见！

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01 DC-10客机空难事件

DC-10客机（图源：搜狐网）

在1979年，华盛顿机场起飞的DC-10客机因机翼引擎的固定螺杆断裂造成客机坠毁，共死亡275人，整个过程仅50秒钟。此外，造成1991年及1992年三次波音747货机空难事件的原因也是由于中梁固定螺杆断裂使得两具引擎掉落且拉扯下机翼。

02 波音737客机空难事件

阿罗哈航空243号航班波音737-200型客机

1988年阿罗哈航空243号航班波音737-200型客机从希洛国际机场起飞，在前往檀香山的飞行过程中，由于舱盖的强度因严重的腐蚀和疲劳而降低，机体前端左边一小块天花板爆裂，机舱瞬间失压，导致由驾驶室后方一直到机翼附近的一大块机舱天花板被撕裂而脱离机体，虽然10多分钟后奇迹地在茂宜岛的卡富鲁伊机场安全迫降，但有一名机组人员不幸被吸出机舱外死亡。

03 EMB-120客机空难事件

事发后的EMB-120型支线客机

1995年大西洋东南航空529号航班巴航工业EMB-120型支线客机从美国亚特兰大哈兹菲尔德-杰克逊机场飞往美国格尔夫波特-比洛克西机场过程中，因螺旋桨叶片被氯渣侵蚀导致疲劳断裂，致使左侧发动机舱和机翼侧面变形，飞机迫降不成，砸到地面，机身被摔裂成两半，后由于破碎的飞机残骸中到处是残余燃油，燃油引发大火，最终这场事故遇难9人。

由上述事例可见，材料失效引发的后果轻则危及飞行安全，迫使机群停飞，大批飞机或发动机要返厂修理换件，重则酿成机毁人亡的灾难性飞行事故。因此，深入开展失效分析和失效预研究，对及时准确地查明事故的性质与原因，采取有效措施防止同类事故的重复出现，及对推动新技术、新材料和新工艺的应用，改进设计、改善维修性和提高飞行安全性、可靠性等，都具有十分重要的意义。

1、飞机疲劳寿命规定的诞生

调查员整理“慧星”客机残骸（图源：航空之家）

世界上最早出现的喷气式客机是英国的“慧星”客机。喷气式客机使飞机的飞行高度超过4000米，座舱开始进行增压。1952-1954年间，有8架“慧星”客机先后坠毁，对从深海中打捞出的飞机残骸进行分析，找出了最初破坏的结构件。后来在地面进行了大规模的模拟试验，并将机身放入水槽中进行增压疲劳试验，最终确定是机身结构在高空飞行中发生疲劳断裂。从此，新的飞机设计规范要求飞机要进行整机疲劳试验，并规定各型飞机应给出疲劳寿命。

2、机设计规范中刚度要求的诞生

随着飞机飞行速度的不断增大，自20世纪30年代初起气动颤振问题越发严重。英国“猫蛾”式歼击机接连9次发生在高亚音速飞行中解体事故，事故原因调查发现是高亚音速飞行中机翼、方向舵、升降舵都发生过颤振，造成构件断裂，使人们认识到只增加强度而不增加刚度是不能解决这类问题的，从此在飞机设计规范中增加了对刚度的要求。

自1903年12月世界上诞生第一架飞机以来，航空事业已走过了117年的路程，在这一百多年里，在失效分析的伴随下，飞机的安全性水平有了显著的提高。未来随着航空器的发展，新设备、新材料、新工艺在航空器上不断涌现，更需要航空工作者们集中智慧，采用更加先进的检测手段和分析技术，来解决失效分析面临的新问题，求得新发展。