Details zur neuen Boeing 787-Reparatur enthüllen Ausmaß der Gap-Check-Herausforderung

Als American Airlines am 10. August offiziell eine neue 787 vom Boeing-Produktionsstandort Charleston, South Carolina, entgegennahm, bezeichnete der Hersteller das Ereignis offiziell als den Anfang vom Ende einer schmerzhaften und teuren 14-monatigen Auslieferungsaussetzung aufgrund der Produktionsqualität Probleme.

Doch wie die jüngsten Quartalsergebnisse von Boeing im Oktober zeigten, wird der Kampf des Unternehmens, sich von den zahlreichen Produktionsproblemen zu erholen, die das Programm seit 2019 geplagt haben, noch mindestens die nächsten zwei Jahre eine Belastung darstellen. Probleme mit Oberflächenqualitätsmängeln, Unterlegscheiben, Lücken und außerhalb der Toleranz liegenden Komponenten führten Ende 2020 und erneut im Jahr 2021 zweimal zum Stillstand der Lieferungen und sind trotz Korrekturen nach wie vor ein äußerst arbeitsintensiver und kostspieliger Prozess zur Behebung.

Laut Brian West, Finanzvorstand und Executive Vice President von Boeing, wurden im dritten Quartal nur neun 787 ausgeliefert und 115 verblieben im nicht ausgelieferten Bestand. „Das Tempo der künftigen Lieferungen aus dem Lagerbestand wird sich nach Abschluss der Nacharbeiten sowie nach den Anforderungen der Kundenflottenplanung richten“, sagt er. „Wir gehen davon aus, dass die meisten dieser Flugzeuge in den nächsten zwei Jahren ausgeliefert werden.“

Boeing hat die bittere Pille, die mit den umfangreichen Nacharbeitskosten und enormen Lieferverzögerungen einhergeht, bereits geschluckt und prognostiziert einen Gesamtverlust von rund 5,5 Milliarden US-Dollar. Derzeit scheint das Unternehmen die schlimmsten finanziellen Auswirkungen des Qualitätsproblems gerade erst zur Hälfte überstanden zu haben. Bei der letzten Telefonkonferenz zu den Ergebnissen am 26. Oktober sagte West: „Wir haben im Quartal 787 ungewöhnliche Kosten in Höhe von 303 Millionen US-Dollar verzeichnet, was den Erwartungen entspricht, und wir rechnen immer noch mit einer Gesamtsumme von etwa 2 Milliarden US-Dollar, wobei der Großteil bis zum Ende anfallen wird.“ 2023. Diese Kosten werden durch Nacharbeit und Produktionsraten von unter fünf pro Monat verursacht.“

Die Auslieferungen wurden wieder aufgenommen, nachdem die FAA am 29. Juli lang erwartete Boeings Plan zur Behebung der Probleme und zur Inspektion der nicht ausgelieferten Flugzeuge genehmigt hatte. Der Plan, der sich mit Inspektions- und Reparaturverfahren befasst, steuert flugzellenspezifische Compliance-Prozesse, mit denen Boeing nachweisen wird, dass jedes Flugzeug den Spezifikationen entspricht. Boeing weist darauf hin, dass die 787, sobald sie vom Band laufen, nun keine Überprüfung und Nacharbeit der Verbindung nach der Produktion mehr erfordern.

Aber warum braucht Boeing so lange, um die Auslieferungen zu beschleunigen? Aviation Week hat Dokumente erhalten, die das enorme Ausmaß der Probleme, mit denen das 787-Programm seit 2019 konfrontiert ist, und einige der Komplexitäten darlegen, die mit der Überprüfung und Behebung dieser Probleme verbunden sind. Aus diesen Berichten geht hervor, dass das Unternehmen ab August und September 2019 damit begann, die ersten einer Reihe struktureller „Qualitätsfehler“ aufzudecken, die in den folgenden Monaten schließlich 15 strukturelle Nichteinhaltungen von Lufttüchtigkeitsvorschriften und 57 Nichtkonformitäten – oder Nichteinhaltung bestimmter Anforderungen – umfassten Anforderungen, Standards oder Verfahren.

Anfängliche Probleme wurden im Seitenleitwerk entdeckt, aber als Boeing seine Untersuchungen am Rumpf verstärkte, wurden Nichtkonformitäten und Nichtkonformitäten vom hinteren Abschnitt 48 bis hin zur Nasenunterbaugruppe von Abschnitt 41 festgestellt (siehe Grafik). Qualitätsinspektoren am Boeing-Standort Salt Lake City, wo die Flosse hergestellt wird, vermuteten, dass bei der Montage von Unterlegscheiben Kräfte angewendet wurden, die größer als die vorgeschriebenen 5 Pfund pro Fuß waren – kleine Elemente, die hinzugefügt werden, um Lücken zu schließen, die strukturelle Leistung aufrechtzuerhalten und Minimieren Sie die Herunterziehkräfte, die erforderlich sind, um das Flugzeug in die Nennkonfiguration zu bringen.

Es wurden Kontrollen durchgeführt, und nur drei Flossen mussten nachgearbeitet werden, aber das Problem – das in Zeile Nr. 898 enthalten war – löste Alarmglocken aus, und es wurde auch eine Untersuchung eingeleitet, um die Passung der horizontalen Stabilisatorbaugruppen zu überprüfen. Die Baugruppen stellten bereits zu Beginn des Programms ein Problem dar und führten 2010 zu einem vorübergehenden Flugverbot der Flugtestflotte, nachdem Probleme mit unsachgemäß installierten Unterlegscheiben und dem Drehmoment der zugehörigen Befestigungselemente entdeckt wurden.

Wie bei der vertikalen Flosse stellten die Inspektoren fest, dass in einigen Flugzeugen falsche Klemmkräfte von mehr als 5 Pfund pro Fuß zum Vorspannen des Gelenks verwendet wurden, was zu einer Hochziehbelastung der Stabilisatorbaugruppe führte. Obwohl aufgrund des jungen Alters der Flotte keine unmittelbaren Sicherheitsbedenken bestanden, gab es Bedenken, dass die ungeplante Belastung die statischen und Ermüdungssicherheitsmargen des Flugzeugs verringern würde.

Alle 787-8 wurden von der Linie Nr. 821 bis zum neuesten Flugzeug auf der Linie überprüft, während alle 787-9 und -10 von der Linie Nr. 126 überprüft wurden. Das Problem – das insbesondere Teile des Stabilisators betraf Es ist an einem Punkt mit dem Rumpf verbunden, der als Drehlasche und Beschlag sowie als Spitzenbaugruppe bezeichnet wird – wurde von der Linie Nr. 1041 als enthalten erklärt und in die Produktion integriert.

Im September 2019 erließ die FAA eine Lufttüchtigkeitsrichtlinie (AD), die eine einmalige Inspektion der Drehzapfenbaugruppen des Horizontalstabilisators der 787 auf Fehlausrichtung und falsche Abstände vorschreibt. Anlass für diese AD war ein Bericht über eine mögliche Fehlausrichtung des Sicherungsrings des Horizontalstabilisator-Drehzapfens, des äußeren Drehzapfens und des äußeren Abstandhalters bei der Endmontage. Boeing überarbeitete schließlich sechs Teile an Flugzeugen in Everett, Washington und in South Carolina.

Schwerwiegendere Probleme traten im April 2020 auf, als bei Inspektionen übermäßige Lücken im Oberflächenprofil zwischen den beiden hinteren Heckabschnitten 47 und 48 festgestellt wurden. Sie bildeten die Verbindung zwischen Abschnitt 47 am Heck der Kabine und dem von Korean Air gebauten Heckkonus Abschnitt 48. Das Problem konzentrierte sich auf die Stelle, an der die Teile am hinteren Druckschott rund um die Spleißstation 1878 zusammengefügt wurden. Die Lücken übertrafen Boeings IML-Anforderung (Inner Mould Line) für jede Rumpfpassfläche, um die Ebenheit auf 0,005 Zoll (ungefähr die Breite eines Menschen) aufrechtzuerhalten Haare, über einem bestimmten 5-in. Spannweite entlang der Verbindungsfläche.

Obwohl es sich scheinbar um eine Variation winziger Proportionen handelte, entsprach die Lücke nicht dem Design von Boeing, und das Problem warf Fragen zu den Auswirkungen auf die Lastübertragung über die Verbindung und möglicherweise auf den strukturellen Spielraum auf. Überlegungen zur Lastübertragung zwischen den Rumpfabschnitten sind wichtig, da Verbundstrukturen im Gegensatz zu herkömmlichen Aluminium-Flugzeugzellen, die flexibel sind, sehr steif sind. Alle Probleme, die möglicherweise die Lastübertragung zwischen Abschnitten beeinträchtigen – wie Lücken, falsch installierte Unterlegscheiben oder nicht glatte Innenhautoberflächen – können einen Schwerpunkt für den Spannungsaufbau bilden.

Boeing identifizierte außerdem ein teilweise damit zusammenhängendes Problem mit einem automatisierten laserbasierten System, das die Passflächen der Abschnitte 47 und 48 vor dem Zusammenfügen scannte. Die Vorhersagesoftware im System nutzte die Scans, um automatisch die Unterlegscheiben herzustellen, die mögliche Lücken glätteten. Es wurde festgestellt, dass in einigen Fällen, in denen dickere Unterlegscheiben hätten hergestellt werden sollen, die Software die Größe der Unterlegscheiben fälschlicherweise auf eine maximale Dicke von 0,061 Zoll beschränkte.

Technische Analysen ergaben, dass Flugzeuge, die sowohl von den Problemen mit dem Shimming als auch mit der Glätte der Hautoberfläche betroffen sind, möglicherweise nicht in der Lage sind, die Grenzlast zu erfüllen. Infolgedessen wurden acht von Air Canada, United Airlines und Singapore Airlines betriebene Flugzeuge im August 2020 am Boden bleiben repariert wurden, wurde im Oktober 2020 eine korrigierte Unterlegscheiben-Herstellungssoftware eingeführt und ab Linie Nr. 907 angewendet. Später in diesem Monat wurde ab Linie Nr. 915 ein Durchgangsloch-in-Place-Inspektionsprozess hinzugefügt.

Unterdessen entdeckte Boeing weitere Probleme rund um das Leitwerk, wo eine unsachgemäße Beilage erneut dazu geführt hatte, dass bei der Montage des Höhenleitwerks übermäßige Klemmkräfte aufgewendet wurden. Am anderen Ende des Flugzeugs stellte der Fensterhersteller PPG fest, dass eine Produktionsabweichung bei der Verklebung des in den Cockpitfenstern Nr. 1 und Nr. 2 verwendeten Acryls zu einigen Problemen mit Lichtbogen- und Rissbildung führte. Obwohl das Problem kein unmittelbares Sicherheitsrisiko für die Flotte darstellte, führte es zu einer weiteren lieferantenbedingten Verzögerung des Programms. PPG überprüfte die Produktionsprozesse und begann mit der Personalaufstockung, um bis Mitte 2022 voraussichtlich 15 Schiffssätze pro Monat zu produzieren.

Die Lückenprobleme veranlassten Boeing, seine IML-Konformitätsprüfung um eine Prüfung der von Zulieferern hergestellten Verbindungen zwischen den Abschnitten zu erweitern. Bei der Prüfung wurden Schnittstellen zwischen den vorderen Rumpfabschnitten 41 und 43 – hergestellt von Spirit AeroSystems und Kawasaki Heavy Industries (KHI) – und den Schnittstellen zwischen den mittleren Rumpfabschnitten 44 und 46 von Leonardo und Boeing Abschnitt 47 untersucht. Hinweis auf Probleme oder Hemmungen , wurden später in allen diesen Gelenken gefunden.

Im September 2020, als der weltweite Flugverkehr durch die Auswirkungen der Pandemie beeinträchtigt wurde und die Entscheidung getroffen wurde, die gesamte 787-Produktion nach South Carolina zu verlagern, entschied sich das Unternehmen, die Lieferungen auszusetzen, da Nacharbeiten und weitere Inspektionen durchgeführt wurden. Die Prüfung deckte unterdessen weitere Probleme im Bugabschnitt 41 auf, darunter Ausgleichsfehler und Lücken rund um die große Frachttür, die vorderen Passagiereinstiegstüren und die Stringerplatten unter dem Cockpit. Im Januar 2021 beschloss Boeing, die Prüfung über kreisförmige Verbindungen hinaus auszuweiten und alle Verbindungen einzubeziehen, die den Oberflächen gemeinsam sind und ein Glättekriterium von 0,005 Zoll über 5 Zoll erfordern. Spanne.

Bei der Lieferantenprüfung wurden 38 Nichtkonformitäten und 12 Nichteinhaltungen festgestellt. Am stärksten betroffen waren die Abschnitte 44 und 46 mit neun Verstößen und einem Verstoß; Abschnitt 43 von KHI mit 18 Nichtkonformitäten; und Abschnitt 41 mit acht Nichtkonformitäten und neun Nichtkonformitäten. Boeings eigenes internes Qualitätsmanagementsystem-Audit deckte 19 Nichtkonformitäten und fünf Nichtkonformitäten auf. Der am stärksten betroffene Bereich bei Boeings Audit war die Achterkörperbaugruppe, die – mit Ausnahme der beiden aufgedeckten Nichtkonformitäten am Seitenleitwerk und am Höhenleitwerk – zehn und drei Nichtkonformitäten aufwies.

Die Auslieferungen wurden im März 2021 mit der Übergabe der Linie Nr. 1048 an United Airlines kurzzeitig wieder aufgenommen, gefolgt von vier weiteren Flugzeugen an All Nippon Airways, Turkish Airlines und Uzbekistan Airways. Als jedoch das wahre Ausmaß der Produktionsprobleme offensichtlich wurde und aufgrund der Besorgnis der FAA über Boeings Inspektionsmethoden immer wieder neue Probleme auftraten, wurden die Lieferungen im Spätsommer erneut ausgesetzt.

Etwa Mitte 2021, während der FAA-Überprüfung der Boeing-Prozesse zur Überprüfung der Rumpfverbindungen, wurde das Unternehmen gebeten, die Schnittstelle zwischen dem vorderen Druckschott und der umgebenden vorderen Rumpfstruktur zu inspizieren. Bei der Inspektion wurden Lücken festgestellt, die über die maximale Toleranz hinausgingen, und führten Boeing unweigerlich zu der Entscheidung, bei jedem nicht ausgelieferten Flugzeug das vordere Druckschott entfernen und ersetzen zu müssen.

Boeing stellte später fest, dass die Analyse der Schottermüdung auf falschen thermischen Belastungen beruhte. Die Korrektur erforderte eine aktualisierte Analyse, neue Grenzwerte für Inspektionsintervalle und eine Neukonstruktion – die meisten davon wurden bis Ende Mai 2022 für die Technik freigegeben. Die Korrekturen sollten durch Linie Nr. 1186 eingeführt werden, während eine aktualisierte Lufttüchtigkeitsbeschränkung berechnet wurde, um die Inspektion zu reduzieren Der Schwellenwert, bei dem die Trennwand überprüft werden sollte, wurde von derzeit 44.000 Zyklen auf eine noch nicht festgelegte Zahl erhöht.

Im weiteren Verlauf des Jahres 2021 und bis Anfang 2022 störten weiterhin weitere „Escapement“-Probleme das Programm. Spirit machte Boeing auf ein Problem mit der Unterlegscheibe an der vorderen großen Frachttür aufmerksam, und Boeing stellte im September fest, dass Bereiche um die Abschnitt-47-Massengut- und Passagiertüreinfassungen nicht konform waren. In einem nahegelegenen Gebiet ergab eine Bewertung der Probleme mit der Oberflächenqualität im Verbindungsbereich zwischen den Abschnitten 47 und 48, dass die Stringerenden abblätterten.

Etwa zur gleichen Zeit wurden Lagenfalten und Hohlräume in den von Nikkiso im Unterauftrag von Spirit hergestellten festen Vorderkantenabschnitten oder J-Panels aus Verbundwerkstoff festgestellt. Das Problem betraf alle sechs Paneele an jeder Flügelvorderkante. Boeing stellte außerdem fest, dass Teile von Abschnitt 46 möglicherweise aus einem falschen Titanmaterial hergestellt wurden; Die zeitaufwändige Reparatur erforderte Röntgenfluoreszenzscans und bei Bedarf einen Austausch.

Es wurde außerdem festgestellt, dass Teile der Kielstruktur in Abschnitt 48 einer unsachgemäßen zerstörungsfreien Prüfung unterzogen wurden, was möglicherweise zu einer Nichtkonformität führte und ebenfalls eine Entfernung, Inspektion und einen Austausch erforderte. In einem anderen Fall Ende 2021 fehlte in den Abschnitten 41 und 46 eine Unterlegscheibe am Ende desselben Stringers, was eine stärkere Messung der Lücken und Unterlegscheiben erforderte.

Im November 2021 erweiterte Boeing im Zuge der Probleme rund um die Türen nach Abschnitt 47 den Wertstrom-Auditprozess, um die Anpassungspraktiken zu bewerten, die für die Passagier- und Frachttürumgebungen in diesem Bereich gelten. Die Prüfung konzentrierte sich auf die Herstellung von Haupt-, Neben- und Vorhersagescheiben sowie Verbindungen, bei denen die Lochpositionen nicht überprüft werden konnten.

Ende 2021 beschäftigte sich das Unternehmen außerdem mit einem nicht strukturellen Problem mit Steckverbindern im integrierten Kühlsystem von Raytheon Technologies (ehemals Hamilton Sundstrand), nachdem es festgestellt hatte, dass einige davon mit unzureichender Vergussmasse hergestellt waren.

Zu Beginn dieses Jahres, als der Appetit der Betreiber auf neue Lieferungen zunahm, hatte Boeing mit einem weiteren Problem der Produktionsqualität zu kämpfen, das bei der Montage von Längsträgern im Höhenleitwerk Abschnitt 48 entdeckt wurde. Obwohl es sich bei dem Problem nicht um ein unmittelbares Sicherheitsproblem handelte, betraf es eine Lücke, die durch die Verwendung von übermäßigem Kleber zwischen vier Längsträgern (zwei obere und zwei untere) und der Haut entstanden war. Die Entdeckung veranlasste das Unternehmen dazu, ein Qualitätsmanagementsystem-Audit einzuleiten, das sich mit der Verwendung von Klebemitteln zur Fixierung der Unterlegscheiben und der Möglichkeit der Entstehung von Lücken durch übermäßigen Klebstoffeinsatz befasste.

Ungefähr zur gleichen Zeit untersuchte Boeing ein mögliches Problem im Zusammenhang mit der Verwendung von Gewindestangen oder EK-Bolzen, die dafür ausgelegt sind, beim Einbau der unteren Verbindungsplatte des Flügels unter Spannung zu stehen. Auch wenn dies kein unmittelbares Sicherheitsproblem darstellt, wurde ein falscher Drehmomentvervielfacher verwendet, der möglicherweise dazu führte, dass sich der Bolzen im Loch drehte. Boeing glaubte, es geschafft zu haben, das Problem einzudämmen, das nur in South Carolina auftrat und durch die Linie Nr. 1128 eingedämmt wurde.

Interne Untersuchungen von Boeing zur Situation der EK-Bolzen ließen auch Bedenken aufkommen, dass Kratzer in den Löchern und Abrieb an einigen Befestigungselementen, an denen die Bolzen in der Nähe von Treibstofftanks angebracht sind, eine Zündquelle sein könnten. Obwohl Boeing es ablehnt, sich zu konkreten Zusammenhängen zu äußern, beantragte das Unternehmen im November die FAA-Genehmigung für das Anbringen von Kappendichtungen über einigen Befestigungsmuttern der Flügelhaut, um zu verhindern, dass diese zu einer Zündquelle im Treibstofftank werden.

Da die gemeinsame Verifizierung und Überarbeitung den Zeitplan vorgab, nach dem Flugzeuge zur Auslieferung freigegeben werden, betreffen die größten Rückstände die Abschnitt-48-Länger- und Abschnitt-47-Türen, gefolgt von der Überarbeitung der Stringer an den Abschnitten 41 und 46. Die Überarbeitung der vorderen Druckschotte und des Stringerendes Beschläge, Abschnitt-48-Kiele und Abschnitt-46-Titanbeschläge bleiben ebenfalls eine längerfristige Herausforderung.

Dokumente, die Aviation Week vorgelegt wurden, deuten unterdessen darauf hin, dass der gesamte Prozess der Verbindungsprüfung und Nacharbeit in der Regel etwa fünf Monate dauern kann, von der Auslagerung eines Flugzeugs bis zu den letzten Kontrollflügen vor der Auslieferung. Nach der Wiederherstellung aus dem Lager – eine Tätigkeit, die mehr als drei Wochen dauern kann – durchläuft das Flugzeug eine zweiwöchige Vorbereitungszeit für die Verbindungsüberprüfungsarbeiten. Die nächsten anderthalb Monate, zwischen 47 und 63 Tagen, sind der gemeinsamen Überprüfung und Nacharbeit gewidmet.

Der dritte Monat beginnt mit einem Zeitraum von bis zu acht Tagen, in dem das Flugzeug vor der Lackierung aufgearbeitet wird. Der Betreiber führt sowohl nach der Restaurierung als auch nach der Lackierung eine Kundeninspektion durch. Zu Beginn des vierten Monats wird das Flugzeug reaktiviert und über einen Zeitraum von etwa 12 Tagen erneut getestet, in dem auch etwaige Arbeiten außerhalb der Reihenfolge oder auf Reisen durchgeführt werden können.

Wenn schließlich alle Nacharbeiten und der Reiseablauf abgeschlossen sind, beginnt für das Flugzeug die traditionelle Phase der Produktionsflugtests und der Kontrollen vor der Auslieferung. Abhängig von den während des Testzeitraums entdeckten Störungen dauert die Phase manchmal bis zu sechs Wochen und umfasst einen Kundenabnahmeflug vor der Freigabe zur Lieferung.

Guy ist leitender Redakteur für Aviation Week und befasst sich mit Technologie und Antrieb. Er lebt in Colorado Springs.