飛機(jī)故障診斷(一)概要課件

1、飛機(jī)故障診斷技術(shù) Diagnosis of Aircraft Failure第一章 故障特性與故障過程模型故障及其分類故障過程模型與故障物理應(yīng)用第一節(jié) 故障及其分類飛機(jī)故障對飛行安全的影響故障及其分類飛機(jī)故障對飛行安全的影響由于設(shè)計、制造、使用、維修及管理等因素引起設(shè)備或機(jī)件故障，導(dǎo)致飛行事故時有發(fā)生。 故障（包括人為差錯）是產(chǎn)生飛行事故的主要原因！機(jī)務(wù)人員所做的每一項(xiàng)工作，從日常保養(yǎng)到預(yù)防維修，無不以保證飛行安全、不出或少出故障為其目的。一、可靠性與安全性二、民航客機(jī)事故原因分析設(shè)計和維修方案不合理片面地追求較高的靜強(qiáng)度和剛度，忽視了材料的耐腐蝕及抗疲勞特性。伊爾 - 18機(jī)翼上翼面B94鉚

2、釘大量出現(xiàn)斷頭現(xiàn)象系統(tǒng)和接頭配件設(shè)計過分強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化，忽視了一些防人為差錯的細(xì)節(jié)措施。由于7、8插頭錯接而造成一架TU - 154飛機(jī)空中解體修理方案不合理1985年，日本航空公司一架B747客機(jī)空中發(fā)生故障，造成機(jī)組和乘客無一生還。二、民航客機(jī)事故原因分析人為因素統(tǒng)計民航1950年以來有確切資料的120起事故中，因人為差錯造成事故的占79%，機(jī)械裝備故障造成事故的占13.4%，環(huán)境和其他因素造成事故的占7.6%。如果設(shè)計上沒有采取可靠的防人為差錯的措施，在使用或維修中又沒有嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，則很容易導(dǎo)致飛機(jī)故障，乃至嚴(yán)重事故。飛行人員的心理素質(zhì)人為故意破壞二、民航客機(jī)事故原因分析人為因素

3、統(tǒng)計民航1950年以來有確切資料的120起事故中，因人為差錯造成事故的占79%，機(jī)械裝備故障造成事故的占13.4%，環(huán)境和其他因素造成事故的占7.6%。如果設(shè)計上沒有采取可靠的防人為差錯的措施，在使用或維修中又沒有嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，則很容易導(dǎo)致飛機(jī)故障，乃至嚴(yán)重事故。飛行人員的心理素質(zhì)人為故意破壞事故統(tǒng)計圖二、民航客機(jī)事故原因分析環(huán)境因素飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷三、故障診斷學(xué)人們逐漸地把注意力集中到對故障原因及后果的分析上，研究減少故障、減輕故障后果的方法，以保證飛機(jī)的安全性為宗旨，并將其貫穿于飛機(jī)設(shè)計、制造、使用、維修，直到退役的全過程。理論基礎(chǔ)：可靠性、維修性、系統(tǒng)工程等

4、新興學(xué)科。工具檢測技術(shù)的發(fā)展；檢測手段的提高；計算機(jī)功能的開發(fā)與運(yùn)用。故障及其分類故障是指產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能，或產(chǎn)品的一個或幾個性能指標(biāo)超過了規(guī)定的范圍。故障與正常界限的確定，可能隨使用范圍、分析層次等有所不同。故障判據(jù)一、故障定義故障及其分類按其對功能的影響分類功能故障：指被考察的對象不能達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)（針對某一功能）。它有兩個方面的含義。潛在故障：是一種預(yù)示功能故障即將發(fā)生的可以鑒別的實(shí)際狀態(tài)或事件。二、故障分類故障及其分類按其后果分類安全性后果故障：故障會引起對使用安全性的直接不利影響。（1. 預(yù)防維修；2. 改進(jìn)設(shè)計）使用性后果故障：故障對使用能力有直接的不利影響。（預(yù)防維修費(fèi)用

5、 間接經(jīng)濟(jì)損失 + 直接維修費(fèi)用）二、故障分類故障及其分類按其后果分類非使用性后果故障：故障對安全性及使用性均沒有直接的不利影響。（預(yù)防維修費(fèi)用 直接修理費(fèi)用）隱患性后果故障：這類故障若不及時發(fā)現(xiàn)并排除，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)多重故障，甚至發(fā)生安全性后果。（預(yù)定維修）二、故障分類故障及其分類按其產(chǎn)生的原因及故障特征分類早期故障偶然故障耗損故障二、故障分類第二節(jié) 故障過程模型與故障物理應(yīng)用故障模式與故障機(jī)理故障過程模型故障物理應(yīng)用故障模式與故障機(jī)理故障模式或故障類型是故障發(fā)生時的具體表現(xiàn)形式。一種功能故障往往是由多種故障模式中的一種或數(shù)種造成的。對于系統(tǒng)功能故障而言，確定了故障模式，并不等于找到了故障部

6、位。一種故障特征可能為幾種模式所共有，而同一故障模式可能有多個故障特征。同一零部件可以同時存在幾種故障模式。（發(fā)生頻率和頻率比）一、故障模式故障模式與故障機(jī)理故障機(jī)理是故障的內(nèi)因，故障特征是故障的現(xiàn)象，而環(huán)境應(yīng)力條件是故障的外因。故障機(jī)理和故障模式是依不同的對象來規(guī)定各自特定的分類。（疲勞斷裂現(xiàn)象）有關(guān)產(chǎn)品的故障機(jī)理、故障模式及其相互關(guān)系，必須根據(jù)實(shí)際情況具體分析，不能一概而論。二、故障機(jī)理故障模式與故障機(jī)理“SCWIFT”分類蠕變或應(yīng)力斷裂（S）腐蝕（C）磨損（W）沖擊斷裂（I）疲勞（F）熱（T）二、故障機(jī)理故障過程模型當(dāng)施加在元件、材料上的應(yīng)力超過其耐受能力（即強(qiáng)度）時，故障便發(fā)生。應(yīng)力

7、強(qiáng)度模型是一種材料力學(xué)模型?！皯?yīng)力”應(yīng)理解為由環(huán)境、工作條件等退化的誘因所引起的系統(tǒng)內(nèi)部能量積蓄?！皬?qiáng)度”應(yīng)理解為材料、元件或系統(tǒng)的抗故障能力。若掌握了應(yīng)力和強(qiáng)度的概率分布規(guī)律，則根據(jù)應(yīng)力與強(qiáng)度分布密度曲線交疊部分面積可求出產(chǎn)品故障概率。一、應(yīng)力 - 強(qiáng)度模型圖1.2-1 應(yīng)力強(qiáng)度模型21故障過程模型利用應(yīng)力 強(qiáng)度模型可以分析故障機(jī)理并可提出提高產(chǎn)品可靠性的方法。通常，材料強(qiáng)度、靜載荷和結(jié)構(gòu)幾何尺寸均服從正態(tài)分布。應(yīng)力作為載荷和結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的函數(shù)，也可以做正態(tài)分布的假設(shè)。當(dāng)應(yīng)力與強(qiáng)度兩者的分布沒有重疊區(qū)域時，故障不發(fā)生。當(dāng)密度曲線下出現(xiàn)重疊部分（t = t2），則表示會發(fā)生故障，且重疊部分的面

8、積代表了發(fā)生故障的概率的大小。一、應(yīng)力 - 強(qiáng)度模型故障過程模型 強(qiáng)度分布的均值 標(biāo)準(zhǔn)差 分布密度 應(yīng)力分布均值 標(biāo)準(zhǔn)差 分布密度安全余量Sm：應(yīng)力偏差度Lr： （1.2-1）估算產(chǎn)品可靠度23故障過程模型令L為應(yīng)力隨機(jī)變量，S為強(qiáng)度隨機(jī)變量，引入隨機(jī)變量Z，即 Z = S - L Z的密度函數(shù)為 （1.2-2） 隨機(jī)變量Z的均值， 隨機(jī)變量Z的標(biāo)準(zhǔn)差，估算產(chǎn)品可靠度24故障過程模型結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)度不足故障的條件是Z 0。故結(jié)構(gòu)發(fā)生靜強(qiáng)度破壞的概率（即故障密度）為引入新的變量u， ，則服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，得到由（1.2-1）式可知 ，代入上式求得 （1.2-3）估算產(chǎn)品可靠度25故障過程模型S、L均

9、很小，可靠性（圖1.2-2 (a)）S較大，L較小，可靠性（圖1.2-2 (b)）通過質(zhì)量控制，降低強(qiáng)度分布的標(biāo)準(zhǔn)差；高應(yīng)力篩選法，剔除強(qiáng)度低的產(chǎn)品（圖1.2-3）。S較小，L較大可靠性（圖1.2-2 (c)）限制使用條件和環(huán)境影響；重新設(shè)計。一、利用應(yīng)力 - 強(qiáng)度模型分析故障機(jī)理 與提高可靠度的方法（圖1.2-2）圖1.2-2 應(yīng)力、強(qiáng)度分布對可靠性的影響27圖1.2-3 高應(yīng)力篩選后的應(yīng)力、強(qiáng)度分布28故障過程模型如果產(chǎn)品的故障是由于產(chǎn)品內(nèi)部某種物理、化學(xué)反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，直到它的某些參數(shù)變化超過了一定的臨界值，產(chǎn)品喪失規(guī)定功能或性能，這種故障就可以用反應(yīng)論模型來描述。產(chǎn)品從正常狀態(tài)進(jìn)入退化

10、狀態(tài)的過程中，存在著能量勢壘（激活能E），跨越E所必須的能量是由環(huán)境（應(yīng)力）提供的，只有當(dāng)外部環(huán)境提供的能量超過此E，才有可能發(fā)生該種狀態(tài)的反應(yīng)（圖1.2-4）。二、反應(yīng)論模型圖1.2-4 激活能及退化反應(yīng)30故障過程模型通常的退化反應(yīng)，在達(dá)到最終退化狀態(tài)前要跨越幾個能量勢壘，發(fā)生幾個不同故障機(jī)理的反應(yīng)。串連式反應(yīng)過程 （1.2-4）總反應(yīng)速度主要取決于反應(yīng)最慢的那個過程的速度。并聯(lián)式反應(yīng) （1.2-5）總反應(yīng)速度主要取決于反應(yīng)最快的過程的速度。二、反應(yīng)論模型31故障過程模型認(rèn)為產(chǎn)品或機(jī)件的故障（或破壞）是從缺陷最大因而也是最薄弱的部位產(chǎn)生（圖1.2-5）。利用最弱環(huán)模型確定材料或元件的故障率：設(shè)材料或元件有n個相互獨(dú)立的故障機(jī)理，而其中任何一個故障機(jī)理都可能導(dǎo)致材料或元件故障，則材料或元件故障可用各機(jī)理故障率之和來表示，即 （1.2-6）最弱環(huán)模型與應(yīng)力-強(qiáng)度模型具有一定的區(qū)別和聯(lián)系。三、最弱環(huán)模型（串連模型）32圖1.2-5 最弱環(huán)模型示意圖33故障過程模型如果環(huán)境多次重復(fù)作用在產(chǎn)品上，每次均對產(chǎn)品產(chǎn)生一定量的損傷，當(dāng)這些損傷累積起來超過某一臨界值時，產(chǎn)品就會發(fā)生故障。應(yīng)用累積損傷模型分析產(chǎn)品故障，估算產(chǎn)品壽命時，通常假定基于同一故障機(jī)理。四、累積損傷模型故障物理應(yīng)用安 - 2