알로하 항공 243편 사고(1988년): 동체 겹치기 이음의 피로와 부식
1988년 4월 28일, 하와이의 섬들을 잇는 알로하 항공 243편 보잉 737-200은 고도 24,000 ft(약 7,300 m)에서 동체 상부가 떨어져 나가 폭발적 감압을 일으켰습니다. 기체는 근처의 마우이섬에 착륙했지만 객실 승무원 1명이 사망했습니다. 파손된 곳은 외판의 겹치기 이음으로, 접착이 박리되고 리벳 구멍에서 많은 피로 균열이 생겨 있었습니다. NTSB는 정비 프로그램이 이 손상을 발견하지 못한 것을 추정 원인으로 보았습니다.
무슨 일이 있었나
- 일시
- 1988년 4월 28일
- 장소
- 미국 하와이주 마우이섬 부근(힐로발 호놀룰루행 항공편)
- 기체
- 보잉 737-200(라인 번호 152). 그때까지 비행 35,496시간, 89,680회
- 피해
- 승객 89명·승무원 6명 중 객실 승무원 1명이 기체 밖으로 빨려 나가 사망으로 추정. 8명 중상
- 파손
- 객실 출입문 뒤쪽, 바닥보다 위의 외판과 구조가 약 18 ft(약 5.5 m)에 걸쳐 떨어져 나감
- 조사
- 미국 국가교통안전위원회(NTSB) 보고서 NTSB/AAR-89/03
사고 경과와 조사 결론
243편은 하와이섬의 힐로에서 호놀룰루로 향하는, 섬과 섬을 잇는 항공편이었습니다. 고도 24,000 ft에 이르렀을 무렵, 동체 상부의 외판과 구조가 객실 출입문 뒤쪽에서부터 약 18 ft에 걸쳐 날아가 폭발적 감압이 일어났습니다. 승무원은 비상 강하하여 마우이섬의 카훌루이 공항에 착륙했습니다.
NTSB는 추정 원인을, 알로하 항공의 정비 프로그램이 큰 접착 박리와 피로 손상을 발견하지 못한 것이라고 했습니다. 그 결과 S-10L이라고 부르는 위치의 겹치기 이음이 파손되어 동체 상부가 분리되었습니다. 기여 요인으로는 정비 감독이 불충분했던 것, FAA(연방항공청)가 감항성 개선 지시 AD 87-21-08에서 보잉이 제안한 모든 겹치기 이음의 점검을 요구하지 않은 것, 초기 737의 상온 접착 겹치기 이음의 문제(낮은 접착 내구성·부식·조기 피로 균열)에 대한 완전한 최종 대책이 없었던 것을 들었습니다.
재료 측면에서 본 원인의 연쇄
초기 737(라인 번호 291까지)은 외판의 겹치기 이음을 상온에서 경화하는 접착제를 함침한 천(스크림)으로 접착했습니다(콜드 본드). 제조 시의 문제로 접착이 약한 곳이나 전혀 접착되지 않은 곳이 생겨 부식되기 쉬운 상태였습니다. 박리된 곳에 수분이 스며들면 박리는 더 넓어집니다.
접착이 박리되면 여압 하중은 리벳이 떠맡게 됩니다. 리벳의 접시머리 구멍은 외판 두께를 관통해 있어 구멍 가장자리가 칼날처럼 얇아졌고(나이프 에지), 보통보다 높은 응력 집중을 일으켰습니다. 그 때문에 이웃한 많은 리벳 구멍에서 피로 균열이 생기고(다중 부위 손상, MSD), 작은 균열끼리 이어져 긴 임계 균열이 되었습니다. 육안으로 윗줄 리벳 구멍에서 뻗어 나간 균열이 확인되었습니다.
피로 균열의 발생과 진전을 결정하는 것은 비행 시간이 아니라 비행 횟수(여압 반복 횟수)입니다. 알로하 항공의 기체는 보잉이 상정한 빈도의 약 2배로 비행하고 있었습니다. 겹치기 이음의 부식은 1970년에 처음 보고되었고, 사고 후 점검에서는 같은 기종 기체의 이음 부풀음, 리벳 들뜸, 도장 부풀음이 발견되었습니다.
원인에 대한 견해: 대학 학생의 논문(Hashmi)은 해안 운항 환경의 염화물이 공식 부식을 일으켜 부식과 부식 피로를 진행시켰을 가능성이 높다고 추정합니다. NTSB의 추정 원인은 정비 프로그램이 접착 박리와 피로 손상을 발견하지 못한 것입니다.
어떤 단서로 원인을 알았나
- 균열은 비행 시간이 아니라 비행 횟수(여압의 반복)로 진전한다. 이 기체는 상정의 약 2배 빈도로 비행하고 있었다 걸려 있던 하중: 반복 하중(진동·회전·압력이나 부하의 변동)
- 이웃한 많은 리벳 구멍에서 피로 균열이 생겨 있었다(다중 부위 손상) 파면·균열의 모습
- 겹치기 이음의 부식과, 수분이 스며든 접착 박리 주위 환경: 물·습기·결로
- 외판은 알루미늄(두께 0.036인치, 약 0.9 mm) 재료: 알루미늄 합금
- 89,680회의 비행을 거듭한 기체였다 파손까지의 기간: 수 년 이상
이 단서로 진단 가이드를 열면 부식 피로와 피로가 상위 후보가 됩니다. 수분과 부식의 단서가 있으므로 부식 피로가 위에 오지만, NTSB의 추정 원인은 접착 박리와 피로 손상을 발견하지 못한 것이며, 부식 피로라고 특정하지는 않았습니다.
이후 바뀐 설계·규정·검사
- 부식을 막는 프로그램(부식 방지·관리 프로그램)이 의무화되었습니다.
- 보잉 737의 겹치기 이음 외판 일부를 떼어 내고 교체하도록 요구하는 감항성 개선 지시(AD 2002-07-08, AD 2002-07-11)가 내려졌습니다.
- 수송기 설계 규정(14 CFR 25.571 개정 96)에서 광역 피로 손상(WFD)을 고려하고 실물 크기 피로 시험의 증거를 제시하도록 요구하게 되었습니다.
- 여압 동체의 수리를 평가하는 규정과 광역 피로 손상에 관한 최종 규정이 제정되었습니다.
배울 점
- 접착에 의존하는 구조는 접착이 건전한지 확인하는 점검과 정비가 없으면 안전을 유지할 수 없습니다.
- 점검 계획은 설계의 피로 특성(어디에, 몇 회에서, 어떤 균열이 생기는지)에 대한 이해를 바탕으로 해야 합니다.
- 알려진 피로 문제에 반복 점검만으로 오래 대처하는 데에는 한계가 있으며, 부품 교체 같은 근본 대책이 바람직합니다.
- ‘균열이 열려도 티어 스트랩에서 멈추고, 외판이 젖혀져 명백한 손상으로 발견된다’는 설계상의 상정은 많은 균열이 동시에 진전하면 성립하지 않습니다.
- 사고 후 같은 기종의 많은 기체에서 겹치기 이음의 균열이 보고되어, 한 기체만의 문제가 아니라는 것이 밝혀졌습니다.