Boeing is urged to redesign 737 engine fan cowl after fatal accident. / Boeing è invitato a ridisegnare la calotta della ventola del motore 737 dopo un incidente mortale.
Boeing is urged to redesign 737 engine fan cowl after fatal accident. The process of the ENEA RM2012A000637 patent is very useful in this application. / Boeing è invitato a ridisegnare la calotta della ventola del motore 737 dopo un incidente mortale. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questa applicazione.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Investigators inspect the damaged engine. / Gli investigatori ispezionano il motore danneggiato. Source: NTSB
Federal safety officials recommended that Boeing redesign the engine covers on its next-generation series 737 aircraft to better withstand the impact of engine failures.
The National Transportation Safety Board (NTSB) determined that a fractured fan blade from a CFM International CFM-56-7B engine, powering a Southwest Airlines Boeing 737-700, led to the engine inlet and fan cowl separating and subsequently damaging the fuselage, resulting in a rapid cabin depressurization.
The accident occurred on a flight from New York's LaGuardia Airport to Dallas as the plane was climbing through 32,000 ft. The engine failure led to an emergency landing at Philadelphia International Airport.
The NTSB said that a fan blade had fractured at its dovetail in what is called a "fan blade out" (FBO) event. In the chain of events that resulted, portions of the inlet and fan cowl separated from the airplane, a fan cowl fragment struck the airplane’s fuselage near a cabin window, the window separated from the airplane and the cabin rapidly depressurized. One passenger died as a result of the accident, and eight others sustained minor injuries.
The airplane was a Boeing 737-700, and the engine was a CFM56-7B. When the accident occurred, the NTSB was already investigating an engine failure resulting from an FBO event involving a CFM56-7B engine on another Southwest Airlines Boeing 737-700 in August 2016.
Both accidents resulted in a series of inspections from the engine manufacturer, CFM, and from the Federal Aviation Administration, intended to detect fatigue cracking.
Point of impact
The NTSB said the Philadelphia FBO event highlighted the critical location for an FBO impact on the engine case. During that accident, the fan blade struck the fan case at a location that was critical to the structural integrity of the fan cowl.
"This discovery puts manufacturers and aircraft operators in a position to take actions that can ensure the structural integrity of the fan cowl if an FBO event does occur," said Robert Sumwalt, chairman of the NTSB. The NTSB also noted that other airframe/engine combinations might have "critical fan blade impact locations" meaning that an impact at those locations could affect nacelle components, including the inlet and fan cowl.
The CFM56-7B engines were produced by CFM International, a 50/50 joint company of GE and Safran Aircraft Engines of France. CFM sent a team of technical representatives to the site to assist the NTSB in its investigation.
GE produces the high-pressure compressor, combustor and high-pressure turbine; SNECMA manufactures the fan, gearbox, exhaust and the low-pressure turbine; and some components are made by Avio of Italy. The engines are assembled by GE in Evendale, Ohio, and by SNECMA in Villaroche, France.
The fan blades on the accident engine were overhauled almost 11,000 engine cycles before the accident. During that November 2012 overhaul, the blades were fluorescent penetrant and visually inspected, the NTSB said.
Safety issues
The NTSB identified at least two critical safety issues as a result of this accident investigation:
• The need to ensure the structural integrity of the fan cowl on Boeing 737 next-generation (NG)-series airplanes after an FBO event involving CFM56-7B engines. It said that the separated fan blade hit the fan case at the six o’clock position (in other words, at the bottom of the engine). During the CFM56-7B engine FBO containment certification tests, the CFM-selected fan blade release position was at twelve o’clock.
Boeing’s post-accident analyses found that the fan cowl structure is more sensitive and more susceptible to failure when a separated fan blade hits the fan case near the six o’clock position because of the proximity of this fan blade impact location to the radial restraint fitting (at the bottom of the inboard fan cowl). The NTSB said it is important that the interaction of the fan case, radial restraint fitting and fan cowl during an FBO event "be well understood to preclude a failure of the fan cowl structure on Boeing 737NG-series airplanes."
• The need to determine whether other airframe/engine combinations have any critical fan blade impact locations and how an impact at those locations could affect nacelle components. The NTSB said the investigation revealed the concept of a critical location for an FBO impact and its effect on the structural integrity of the nacelle and its components. Other engine/airframe combinations may also be sensitive to the location of an FBO impact and have unintended load paths and/or loads that are greater than those accounted for in structural analyses, the NTSB said.
No Federal Aviation Administration (FAA) regulation under 14 CFR Part 25, Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes, currently requires manufacturers to account for critical FBO impact locations in all engine operating conditions, the NTSB said. The corresponding European Aviation Safety Agency regulations also do not include this requirement.
Initial examination
An initial examination of the airplane involved revealed that most of the inlet cowl was missing, including the entire outer barrel, the aft bulkhead and the inner barrel forward of the containment ring.
The inlet cowl containment ring was intact but showed numerous impact marks. Examination of the fan case revealed no through-hole fragment exit penetrations; however, it did exhibit a breach hole that corresponded to one of the fan blade impact marks and fan case tearing.
According to the preliminary investigation, the No. 13 fan blade had separated at the root; the dovetail remained installed in the fan disk. The NTSB examination of the No. 13 fan blade dovetail showed features consistent with metal fatigue initiating at the convex side near the leading edge. Two pieces of fan blade No. 13 were recovered within the engine between the fan blades and the outlet guide vanes.
One piece was part of the blade airfoil root that mated with the dovetail that remained in the fan disk; it was about 12 in span-wise and full width and weighed about 6.825 lb. The other piece, identified as another part of the airfoil, measured about 2 in span-wise, appeared to be full width, was twisted and weighed about 0.650 lb.
All the remaining fan blades exhibited a combination of trailing edge airfoil hard body impact damage, trailing edge tears and missing material. Some also exhibited airfoil leading edge tip curl or distortion.
After the general engine inspection was completed, the remaining fan blades were removed from the fan disk and an ultrasonic inspection was performed. No cracks were identified on the remaining blades, the NTSB said.
Fatigue fracture
The No. 13 fan blade was examined further at the NTSB Materials Laboratory. Fatigue fracture features emanated from multiple origins at the convex side and were centered about 0.568 in aft of the leading edge face of the dovetail and were located 0.610 in outboard of the root end face. The origin area was located outboard of the dovetail contact face coating, and the visual condition of the coating appeared uniform with no evidence of spalls or disbonding.
The fatigue region extended up to 0.483 in deep through the thickness of the dovetail and was 2.232 in long at the convex surface. Six crack arrest lines (not including the fatigue boundary) were observed within the fatigue region. The fracture surface was further examined using a scanning electron microscope, and striations consistent with low-cycle fatigue crack growth were observed.
The NTSB said that the accident engine fan blades had accumulated more than 32,000 engine cycles since their original manufacture. Maintenance records indicated the accident engine fan blades had been periodically lubricated as required per the Boeing 737-600/700/800/900 aircraft maintenance manual.
Florida accident
After an Aug. 27, 2016, accident in Pensacola, Florida, in which a fan blade fractured, eddy current inspections were incorporated into the overhaul process requirements, the NTSB said. The NTSB reported a Boeing 737-700, operating as Southwest Airlines flight 3472, experienced an "uncontained engine failure and cabin depressurization" as it climbed after takeoff. That plane landed without further incident and no passengers were injured.
In the time since the fan blade overhaul, the Philadelphia accident engine fan blade dovetails had been lubricated six times. At the time each of these fan blade lubrications occurred, the fan blade dovetail was visually inspected as required.
Inspection mandates
In April 2018, CFM International issued Service Bulletin 72-1033, applicable to CFM International CFM 56-7B-series engines, recommending ultrasonic inspections of all fan blades on engines that had accumulated 20,000 engine cycles, and subsequently at intervals not to exceed 3,000 engine cycles.
Also on April 20, the Federal Aviation Administration issued emergency AD (EAD) 2018-09-15 based on the CFM International service bulletin. The EAD required CFM56-7B engine fleet fan blade inspections for engines with 30,000 or greater cycles.
The NTSB said that the rest of the Southwest Airlines jet airframe exhibited significant impact damage to the leading edge of the left wing, left side of the fuselage and left horizontal stabilizer. A large gouge impact mark, consistent in shape to a recovered portion of fan cowl and latching mechanism, was adjacent to the row 14 window and the window was entirely missing. No window, airplane structure or engine material was found inside the cabin.
Change in pressure and a steep left roll
During interviews with the NTSB, the flight crew stated the climb from LaGuardia was normal with no indications of any problems; the first officer was the pilot flying and the captain was the pilot monitoring.
They reported experiencing a sudden change in cabin pressure, aircraft yaw, cockpit alarms and a “gray puff of smoke.” They donned their oxygen masks and the first officer began a descent. Flight data recorder (FDR) data showed that the left engine parameters all dropped simultaneously, vibration increased and within 5 seconds the cabin altitude alert activated.
The FDR also indicated that the airplane rolled left to about 40 degrees before the flight crew was able to counter the roll with control inputs. The flight crew reported that the airplane exhibited handling difficulties throughout the remainder of the flight.
The captain took over flying duties and the first officer began running emergency checklists. The captain requested a diversion from the air traffic controller; she first requested the nearest airport but decided on Philadelphia. The controller provided vectors to the airport with no delay.
The flight crew reported initial communications difficulties because of the loud sounds, distraction and wearing masks, but as the airplane descended the communications improved. The captain initially was planning on a long final approach to make sure they completed all the checklists, but when they learned of the passenger injuries, she decided to shorten the approach and expedite landing.
ITALIANO
Funzionari federali della sicurezza hanno raccomandato a Boeing di riprogettare le coperture del motore sui suoi velivoli della serie 737 di prossima generazione per resistere meglio all'impatto dei guasti del motore.
Il National Transportation Safety Board (NTSB) ha determinato che una pala della ventola fratturata da un motore CFM International CFM-56-7B, alimentando un Boeing 737-700 della Southwest Airlines, ha portato all'ingresso del motore e alla calandra della ventola separando e successivamente danneggiando la fusoliera, risultando in una rapida depressurizzazione della cabina.
L'incidente è avvenuto su un volo dall'aeroporto LaGuardia di New York a Dallas mentre l'aereo stava salendo per 32.000 piedi. L'avaria del motore ha portato a un atterraggio di emergenza all'aeroporto internazionale di Filadelfia.
L'NTSB ha affermato che una ventola si era fratturata alla coda di rondine in quello che viene chiamato un evento "fan blade out" (FBO). Nella catena di eventi che ne sono seguiti, parti dell'ingresso e della calandra del ventilatore si sono separate dall'aereo, un frammento della calandra del ventilatore ha colpito la fusoliera dell'aereo vicino a un finestrino della cabina, il finestrino separato dall'aereo e la cabina si depressurizzarono rapidamente. Un passeggero è morto a seguito dell'incidente e altri otto hanno riportato lesioni lievi.
L'aereo era un Boeing 737-700 e il motore era un CFM56-7B. Quando si è verificato l'incidente, l'NTSB stava già indagando su un guasto al motore derivante da un evento FBO che coinvolge un motore CFM56-7B su un altro Boeing 737-700 della Southwest Airlines nell'agosto 2016.
Entrambi gli incidenti hanno portato a una serie di ispezioni dal produttore del motore, CFM e dalla Federal Aviation Administration, intese a rilevare le fessurazioni da fatica.
Punto di impatto
L'NTSB ha affermato che l'evento FBO di Filadelfia ha messo in luce la posizione critica per un impatto dell'FBO sul carter motore. Durante quell'incidente, la pala della ventola ha colpito la cassa della ventola in un punto critico per l'integrità strutturale della calandra della ventola.
"Questa scoperta mette i produttori e gli operatori aerei in grado di intraprendere azioni in grado di garantire l'integrità strutturale della calotta del ventilatore in caso di eventi FBO", ha dichiarato Robert Sumwalt, presidente dell'NTSB. L'NTSB ha anche osservato che altre combinazioni cellula / motore potrebbero avere "posizioni critiche di impatto della pala della ventola", il che significa che un impatto in tali posizioni potrebbe influire sui componenti della navicella, inclusi l'ingresso e la calotta della ventola.
I motori CFM56-7B sono stati prodotti da CFM International, una joint venture 50/50 di GE e Safran Aircraft Engines of France. CFM ha inviato una squadra di rappresentanti tecnici sul sito per assistere l'NTSB nelle sue indagini.
GE produce il compressore ad alta pressione, il combustore e la turbina ad alta pressione; SNECMA produce il ventilatore, il cambio, lo scarico e la turbina a bassa pressione; e alcuni componenti sono realizzati da Avio d'Italia. I motori sono assemblati da GE a Evendale, Ohio, e da SNECMA a Villaroche, Francia.
Le pale del ventilatore sul motore dell'incidente sono state revisionate quasi 11.000 cicli del motore prima dell'incidente. Durante quella revisione del novembre 2012, le lame penetrarono fluorescenti e ispezionarono visivamente, ha detto l'NTSB.
Problemi di sicurezza
L'NTSB ha identificato almeno due problemi critici di sicurezza a seguito di questa indagine sugli incidenti:
• La necessità di garantire l'integrità strutturale della calandra del ventilatore sui velivoli serie Boeing 737 di nuova generazione (NG) dopo un evento FBO che coinvolge motori CFM56-7B. Diceva che la pala della ventola separata colpiva la cassa della ventola nella posizione delle sei (in altre parole, nella parte inferiore del motore). Durante i test di certificazione del contenimento FBO del motore CFM56-7B, la posizione di rilascio della pala della ventola selezionata da CFM era alle dodici.
Le analisi post-incidente di Boeing hanno scoperto che la struttura della calandra della ventola è più sensibile e più suscettibile a guasti quando una pala della ventola separata colpisce la cassa della ventola vicino alla posizione delle sei a causa della vicinanza di questa posizione di impatto della pala della ventola al raccordo di ritenuta radiale (nella parte inferiore della calotta del ventilatore interno). L'NTSB ha affermato che è importante che l'interazione della cassa del ventilatore, del raccordo di ritenuta radiale e della calandra della ventola durante un evento FBO "sia ben compresa per impedire un guasto della struttura della calandra della ventola sugli aerei della serie Boeing 737NG".
• La necessità di determinare se altre combinazioni telaio / motore hanno posizioni critiche di impatto della pala della ventola e in che modo un impatto in tali posizioni potrebbe influire sui componenti della navicella. L'NTSB ha affermato che l'indagine ha rivelato il concetto di un luogo critico per un impatto FBO e il suo effetto sull'integrità strutturale della navicella e dei suoi componenti. Altre combinazioni motore / cellula possono anche essere sensibili alla posizione di un impatto FBO e avere percorsi di carico non intenzionali e / o carichi maggiori di quelli considerati nelle analisi strutturali, ha detto l'NTSB.
Nessuna norma della Federal Aviation Administration (FAA) ai sensi del 14 CFR Parte 25, Standard di aeronavigabilità: aeroplani di categoria di trasporto, attualmente richiede ai produttori di tenere conto delle zone critiche di impatto dell'FBO in tutte le condizioni operative del motore, ha affermato NTSB. Anche i corrispondenti regolamenti dell'Agenzia europea per la sicurezza aerea non includono questo requisito.
Esame iniziale
Un primo esame dell'aereo coinvolto ha rivelato che mancava la maggior parte della calotta di aspirazione, compresa l'intera canna esterna, la paratia di poppa e la canna interna davanti all'anello di contenimento.
L'anello di contenimento della calotta di aspirazione era intatto ma presentava numerosi segni di impatto. L'esame del caso della ventola non ha rivelato penetrazioni in uscita dai frammenti del foro passante; tuttavia, presentava un foro di rottura che corrispondeva a uno dei segni di impatto della pala della ventola e alla lacerazione della cassa della ventola.
Secondo l'indagine preliminare, la ventola numero 13 si era separata alla radice; la coda di rondine è rimasta installata nel disco della ventola. L'esame NTSB della coda di rondine della ventola n. 13 ha mostrato caratteristiche coerenti con l'affaticamento del metallo che inizia sul lato convesso vicino al bordo anteriore. Due pezzi di pala della ventola n. 13 sono stati recuperati all'interno del motore tra le pale della ventola e le palette della guida di uscita.
Un pezzo faceva parte della radice del profilo aerodinamico della lama che si accoppiava con la coda di rondine rimasta nel disco della ventola; era circa 12 in larghezza e larghezza completa e pesava circa 6,825 libbre. L'altro pezzo, identificato come un'altra parte del profilo aerodinamico, misurato circa 2 in scala, sembrava essere a larghezza intera, era attorcigliato e pesava circa 0,650 libbre .
Tutte le rimanenti pale del ventilatore presentavano una combinazione di danni da impatto sul corpo duro del profilo aerodinamico del bordo posteriore, lacerazioni del bordo posteriore e materiale mancante. Alcuni hanno anche mostrato arricciatura o distorsione del bordo anteriore del profilo aerodinamico.
Dopo il completamento dell'ispezione generale del motore, le rimanenti pale della ventola sono state rimosse dal disco della ventola ed è stata eseguita un'ispezione ad ultrasuoni. Non sono state identificate crepe sulle lame rimanenti, ha affermato l'NTSB.
Frattura da fatica
La ventola numero 13 è stata ulteriormente esaminata presso il NTSB Materials Laboratory. Le caratteristiche della frattura da fatica emanavano da più origini sul lato convesso e si concentravano circa 0,568 a poppa della faccia del bordo anteriore della coda di rondine e si trovavano a 0,610 al di fuori della faccia terminale della radice. L'area di origine era situata all'esterno del rivestimento della faccia di contatto a coda di rondine e le condizioni visive del rivestimento apparivano uniformi senza evidenza di schizzi o distorsioni.
La regione di fatica si estendeva fino a 0,483 in profondità attraverso lo spessore della coda di rondine ed era lunga 2.232 sulla superficie convessa. Sono state osservate sei linee di arresto delle crepe (escluso il limite della fatica) all'interno della regione della fatica. La superficie della frattura è stata ulteriormente esaminata usando un microscopio elettronico a scansione e sono state osservate striature coerenti con la crescita della frattura da fatica a ciclo basso.
L'NTSB ha affermato che le pale della ventola del motore incidente avevano accumulato più di 32.000 cicli del motore dalla loro fabbricazione originale. I registri di manutenzione indicavano che le pale della ventola del motore incidente erano state periodicamente lubrificate come richiesto dal manuale di manutenzione dell'aeromobile Boeing 737-600 / 700/800/900.
Incidente in Florida
Dopo un incidente del 27 agosto 2016 a Pensacola, in Florida, in cui si è fratturata una pala della ventola, le ispezioni a correnti parassite sono state incorporate nei requisiti del processo di revisione, ha affermato NTSB. L'NTSB riferì che un Boeing 737-700, operando come volo 3472 della Southwest Airlines, ebbe un "guasto al motore senza contenimento e depressurizzazione della cabina" mentre saliva dopo il decollo. Quell'aereo è atterrato senza ulteriori incidenti e nessun passeggero è rimasto ferito.
All'epoca della revisione della pala della ventola, le code di rondine della pala della ventola del motore incidente di Philadelphia erano state lubrificate sei volte. Nel momento in cui si è verificata ciascuna di queste lubrificazioni della pala della ventola, la coda di rondine della pala della ventola è stata ispezionata visivamente come richiesto.
Mandati di ispezione
Nell'aprile 2018, CFM International ha pubblicato il Bollettino di servizio 72-1033, applicabile ai motori CFM International serie CFM 56-7B, raccomandando ispezioni a ultrasuoni di tutte le pale del ventilatore su motori che avevano accumulato 20.000 cicli del motore, e successivamente a intervalli non superiori a 3.000 motore cicli.
Sempre il 20 aprile, la Federal Aviation Administration ha emesso un annuncio di emergenza AD (EAD) 15-09-2018 basato sul bollettino di servizio internazionale CFM. L'EAD richiedeva ispezioni della pala della ventola della flotta del motore CFM56-7B per motori con cicli di 30.000 o superiori.
L'NTSB ha affermato che il resto della cellula del jet della Southwest Airlines ha mostrato danni significativi all'impatto sul bordo anteriore dell'ala sinistra, sul lato sinistro della fusoliera e sullo stabilizzatore orizzontale sinistro. Un grande segno di impatto sgorbia, consistente nella forma di una porzione recuperata di calandra del ventilatore e meccanismo di aggancio, era adiacente alla finestra della fila 14 e la finestra mancava del tutto. Nessun finestrino, struttura dell'aereo o materiale del motore è stato trovato all'interno della cabina.
Variazione di pressione e un forte rollio a sinistra
Durante le interviste con l'NTSB, l'equipaggio di condotta ha dichiarato che la salita da LaGuardia era normale senza alcuna indicazione di problemi; il primo ufficiale era il pilota in volo e il capitano era il monitoraggio del pilota.
Hanno riferito di aver subito un improvviso cambiamento di pressione nella cabina, imbardata degli aerei, allarmi della cabina di pilotaggio e un "getto grigio di fumo". Hanno indossato le loro maschere di ossigeno e il primo ufficiale ha iniziato una discesa. I dati del registratore di dati di volo (FDR) hanno mostrato che i parametri del motore sinistro sono tutti diminuiti contemporaneamente, la vibrazione è aumentata e in 5 secondi è stato attivato l'allarme di altitudine della cabina.
La FDR ha anche indicato che l'aereo rotolava a sinistra di circa 40 gradi prima che l'equipaggio di volo fosse in grado di contrastare il tiro con input di controllo. L'equipaggio di condotta ha riferito che l'aereo presentava difficoltà di gestione durante il resto del volo.
Il capitano ha assunto le funzioni di volo e il primo ufficiale ha iniziato a gestire liste di controllo di emergenza. Il capitano ha richiesto una deviazione dal controllore del traffico aereo; prima chiese l'aeroporto più vicino ma decise di andare a Filadelfia. Il controllore ha fornito i vettori all'aeroporto senza indugio.
L'equipaggio di condotta ha riferito delle difficoltà iniziali di comunicazione a causa dei rumori forti, della distrazione e delle maschere indossate, ma mentre l'aereo scendeva le comunicazioni miglioravano. Inizialmente il capitano stava pianificando un lungo approccio finale per assicurarsi di aver completato tutte le liste di controllo, ma quando hanno saputo delle lesioni dei passeggeri, ha deciso di accorciare l'approccio e accelerare l'atterraggio.
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