米旅客機エンジン部品落下 金属疲労で破損か 国家運輸安全委
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3年前の2018年の同社機でのトラブルや、昨年12月のJAL機でのトラブルとほぼ同じ仕組みで発生した可能性が極めて高い、ということになります。PW4000シリーズの中でも777用に開発された高出力のエンジンでしたが、土屋先生のおっしゃる通り、効率を高くするために大口径となった結果、空気取り入れのためのファンブレードも大きくなり、中空構造として枚数も減らすことで軽量化を図った新しい設計のエンジンでした。
問題は、初飛行から20年以上が経過し、ファンブレードについても経年劣化が進んでいることです。ファンブレードの中空構造の部分には冷却のため空気が流されますが、この空気が当たり続けるような場所に圧力がかかり、金属疲労によりもろくなってきます。これは日常の整備作業では見つけられないものなので、特定の稼働時間ごとにメーカーに返送されてオーバーホールをうけてから戻されるような体制になっています。2018年のトラブルの際に、オーバーホールで見つけられなかった原因に対して製造メーカーであるPW社で対策を取ったとされていたのですが、結果的にこの対策が漏れていたのか、不十分であった可能性が極めて高くなってきました。
そもそもPW社は、同じエンジンで排気側にあるタービンブレードについても製造段階でのミスにより腐食問題を経験しており、タービンとファンの違いはありますが再び似たようなトラブルに見舞われているということになります。小型機用エンジンで起死回生を図る同社にとっては、またしても頭の痛い問題になるかもしれません。
注目のコメント
問題はPratt & Whitney社製のPW4000シリーズ．おそらく，製造後20年は経っているはず．もちろん，３～４年のオーバーホールを含む定期点検は行われています．
PW4000について以下を見つけました．引用します．
杉岡進 : "21世紀初頭の民間航空機用ガスタービンエンジン", ターボ機械 24 (1), pp.26-30, 1996.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/tsj1973/24/1/24_1_26/_pdf
2-1 ホローファンブレード
大推力を得るためバイパス比を大きくとるが、そのため大きな径のファンが必要となる。ところが大きなファンはエンジンの重量が増加する可能性がある。PW4074エンジンでは直径112インチ(2.84メートル)のチタニウム製ファンブレードが使用されているが従来の無垢のブレードと異なり、2枚のチタニウムを拡散接合で張り合わせた中空構造にして強度を持ちつつ約50%の軽量化が計られている。
【追記】FAAも点検せよといっているhollow fan blade（中空ファンブレード）について，同僚，先輩先生に教えてもらいました．
Pratt&Whitney特有の製法ではない．上の解説論文にも簡単に説明されているように，背側スキンと腹側スキンを拡散接合して製造する．A320などに搭載されるV2500エンジン（国際的合弁事業インターナショナル・エアロ・エンジンズ製造）や，B747に搭載されたロールス・ロイスのRB211エンジンなどでも用いられている．この拡散接合は平面同士だとそれほど難しくないが，ファンブレードはスパン方向にねじれているので背側面と腹側面は平面ではない．そこで，ロールスロイスでは腹・背・中子の3枚の平板を接合してからねじるそう．中子には切れ目が入っていて，かつマスクを使って部分的に接合するので．捻ることで中子が立ち上がり，ちょうど背・腹の面と直交するようになるそうです．面白いです．
一方，最新のエンジンでは，ファンがCFRP製のものが増えています．
細かいウンチクでした．米国でのユナイテッド機エンジン破損事故は、まさに間一髪の事故であり、インシデントとしても超重大インシデントだと思います。まずは無事生還させたパイロットが素晴らしく、また、写真でもわかる通りエンジン破損だけでなく、胴体まで穴が開く大被害となっており、よくぞ飛んで着陸できたという印象です。下記のYouTubeは当日のユナイテッド機と管制塔の会話の全録音と飛行位置です。離陸後、1分18秒のところで「MAYDAY MAYDAY」の緊急コールが叫ばれており、パイロットの声の高ぶりからもエンジン停止以上の想定外の事態が発生して緊迫してることが分かります。
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=G7-zh7Sebr8&feature=youtu.be
事故機は、Maydayコール後、すぐに落ち着きを取り戻し、管制支持に従って左旋回していき、空港を大きく回り込む形で別な滑走路へ緊急着陸しています。
