第三章民用航空器維修理論

1、第三章第三章 民用航空器維修理論民用航空器維修理論 維修的基本概念維修的基本概念 磨損、疲勞、斷裂、變形、腐蝕、老化等 造成設備性能下降甚至出現(xiàn)故障 會使其不能正常運行 或使運行成本增加 甚至造成災難性的后果 維修 減小設備性能下降速度 減少或避免設備故障 保證設備在正常壽命期內的工作性能 越是重要和復雜的設備越需要精心地維修 故障的概念故障的概念 包括的內容 引起系統(tǒng)立即喪失其功能的破壞性故障 與設備性能降低有關的性能上的故障 即使設備當時正在生產規(guī)定的產品，而當操作者無意或蓄意使 設備脫離正常的運轉 故障不僅僅是一個狀態(tài)的問題，而且直接與我們的認識 方法有關 一個確實處于故障狀態(tài)的設備，但

2、如果它不是處于工作狀態(tài)或 未經檢測，故障就仍然可以潛伏下來，從而，也就不可能被人 們發(fā)現(xiàn) 磨損性故障磨損性故障 腐蝕性故障腐蝕性故障 斷裂性故障斷裂性故障 老化性故障老化性故障 故障定義故障定義 設備不能執(zhí)行設備不能執(zhí)行 規(guī)定功能的狀規(guī)定功能的狀 態(tài)態(tài) 分類分類 由于運動部件磨損，在某一時刻超過極限值所 引起的故障 分類 粘附磨損 當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷 焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面 表面疲勞磨損 兩接觸表面在交變接觸壓應力的作用下,材料表面因疲勞而產生物質損失 腐蝕磨損 零件表面在摩擦的過程中，表面金屬與周圍介質發(fā)生化學或電化

3、學反應 微振磨損 兩接觸表面間沒有宏觀相對運動，但在外界變動負荷影響下，有小振幅的 相對振動，此時接觸表面間產生大量的微小氧化物磨損粉末 磨損性故障磨損性故障 腐蝕性故障腐蝕性故障 化學腐蝕 金屬和周圍介質直接發(fā)生化學反應所造成的腐蝕 反應過程中沒有電流產生。 電化學腐蝕 金屬與電介質溶液發(fā)生電化學反應所造成的腐蝕 反應過程中有電流產生 物理腐蝕 金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接觸，使金屬某一區(qū)域 不斷熔解，另一區(qū)域不斷形成的物質轉移現(xiàn)象 斷裂性故障 脆性斷裂脆性斷裂 可由于材料性質不均勻引起；或由于加工工藝處理不當所引起 （如在鍛、鑄、焊、磨、熱處理等工藝過程中處理不當，就容易 產生脆性斷裂

4、）；也可由于惡劣環(huán)境所引起；如溫度過低，使材 料的機械性能降低，主要是指沖擊韌性降低，因此低溫容器（- 20以下）必須選用沖擊值大于一定值的材料。再如放射線輻射 也能引起材料脆化，從而引起脆性斷裂。 脆性斷裂 疲勞斷裂疲勞斷裂 由于熱疲勞（如高溫疲勞等）、機械疲勞（又分為彎曲疲勞、扭 轉疲勞、接觸疲勞、復合載荷疲勞等）以及復雜環(huán)境下的疲勞等 各種綜合因素共同作用所引起的斷裂。 疲勞斷裂 應力腐蝕斷裂塑性斷裂 應力腐蝕斷裂應力腐蝕斷裂 一個有熱應力、焊接應力、殘余應力或其他外加拉應力的 設備，如果同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質，則將 使材料產生裂紋，并以顯著速度發(fā)展的一種開裂。如不銹 鋼在氯

5、化物介質中的開裂，黃銅在含氨介質中的開裂，都 是應力腐蝕斷裂。又如所謂氫脆和堿脆現(xiàn)象造成的破壞， 也是應力腐蝕斷裂。塑性斷裂：塑性斷裂是由過載斷裂和 撞擊斷裂所引起。 塑性斷裂塑性斷裂 金屬材料斷裂前產生一定量的宏觀塑性變形，并吸收一定數(shù) 量的能量；斷裂后，在斷口上可以看到宏觀塑性變形的痕跡， 這種斷口稱為塑性斷口，這種斷裂稱為塑性斷裂（也可稱為 韌性斷裂）。塑性斷裂是由過載和撞擊所引起。 老化性故障老化性故障 上述綜合因素作用于設備，使其性能老化所引起的 故障。 航空器的整體可靠性是由各個系統(tǒng)的綜合功 能決定的，不是和每個零件的可靠性必然聯(lián) 系在一起的 有些零件的損壞，并不直接影響到飛行安全

6、 或者只是影響經濟效益 或是可由其他零件或其他系統(tǒng)的功能來補償 對于這樣的零部件定期翻修是不必要的 航空維修思想航空維修思想 對每個系統(tǒng)或每個零部件都要從航空器對每個系統(tǒng)或每個零部件都要從航空器 的整體可靠性去分析，分出哪些是有嚴的整體可靠性去分析，分出哪些是有嚴 重影響的，哪些不是，從而區(qū)別對待。重影響的，哪些不是，從而區(qū)別對待。 失效曲線失效曲線 從飛機的整體可靠性來考查，真正影響飛行安全從飛機的整體可靠性來考查，真正影響飛行安全 的零部件故障只占整個故障的一小部分的零部件故障只占整個故障的一小部分 而且這種連系和影響可以通過設計來減少或消除 從而產生了余度設計、破損安全設計等方法 據統(tǒng)計

7、在采用了這些設計方法之后的飛機，影響安全的故障降低 到20%以下 維修只能保證設計所要求的固有性能維修只能保證設計所要求的固有性能 如果維修達到了這一水平，而問題仍然出現(xiàn)，就必 須從設計制造上來解決問題。 針對不同的零件要采取不同的維修方式針對不同的零件要采取不同的維修方式 維修工作不夠，使可靠性降低 維修工作過量同樣會使可靠性下降 民用航空器維修方式民用航空器維修方式 定時維修方式定時維修方式(Hard Time-HT ) 針對有第一類故障曲線的零部件 給予一定的使用期限，到時后予以更換、報廢 這類部件稱為定壽件 視情維修視情維修(On Condition) 針對有第二類故障曲線的零部件 由

8、于沒有一個明顯的故障增長時限，按照定期維修，不但不能 充分發(fā)揮這個零部件的效能，同時也不能減少故障的發(fā)生 通過對這些零部件使用情況的監(jiān)測和觀察，根據零件的具體情 況來決定維修或更換 狀態(tài)監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)控(Condition Monitoring) 有些零件對航空器的飛行安全并不造成直接影響 即使發(fā)生故障，飛機仍然能夠安全運行 不必在故障發(fā)生前下大力氣去預防，而待故障發(fā)生后及時加以排除即可 P-F（Potential failure functional failure）曲線）曲線 功能失效功能失效 令人不滿意的情況，在這種情況下設計功能不能充分實現(xiàn) 簡單地說，就是它不能實現(xiàn)所要求的一項或多項功能

9、潛在失效潛在失效 它被定義為可以被確認的物理狀態(tài)，并能指示功能失效的 緊急程度 以可靠性為中心的維修理論以可靠性為中心的維修理論 RCM原理之一原理之一 定時拆修對復雜設備的故障預防幾乎不起作用， 但對簡單設備的故障預防有作用 傳統(tǒng)維修觀念 設備老，故障多。設備故障的發(fā)生、發(fā)展都與使用時間有直接 的關系。定時拆修是對付故障的普遍適用的有力武器 RCM原理 設備老，故障不見得就多；設備新，故障不見得就少。只要做 到機件隨壞隨修，則設備故障與使用時間一般沒有直接的關系。 定時拆修不是對付故障的普遍適用的有力武器 2、RCM原理之一的說明 圖6-1傳統(tǒng)維修觀念與RCM理論的故障率曲線 算例算例 相關

10、的基本概念 可靠度 產品在規(guī)定的時間 內和規(guī)定的條件下，完成規(guī)定 功能的概率稱為產品的可靠度，記為 失效率 已工作到t時刻 的產品，在t時刻 后單位時間內發(fā) 生失效的概率稱為該產品在時刻 的故障率 公式 平均壽命 是一個表示產品平均能工作多長時間的量 ( )R t ( ) t 0 exp t R tt dt 0 ( )( )E TR t dt 例例3.1 波音波音737飛機的一臺飛機的一臺JT8D-7航空發(fā)動機的故障不影航空發(fā)動機的故障不影 響飛行安全，該發(fā)動機經過響飛行安全，該發(fā)動機經過58432小時的使用統(tǒng)計，得到小時的使用統(tǒng)計，得到 如下表的數(shù)據。試分析，在如下表的數(shù)據。試分析，在100

11、萬飛行小時的使用期間內，萬飛行小時的使用期間內， 所規(guī)定的拆修壽命對拆修臺數(shù)和損失剩余壽命的影響。所規(guī)定的拆修壽命對拆修臺數(shù)和損失剩余壽命的影響。 序號 規(guī)定拆修壽命(h)(t)(1/h) R(t) 110003.68110-40.692 220004.16310-4 0.420 330004.87110-4 0.179 4不規(guī)定5.52210-4 0.000 JT8D-7航空發(fā)動機使用統(tǒng)計數(shù)據航空發(fā)動機使用統(tǒng)計數(shù)據 解解 由使用統(tǒng)計數(shù)據得圖由使用統(tǒng)計數(shù)據得圖6-2所示的所示的R(t)曲線，規(guī)曲線，規(guī) 定拆修壽命為定拆修壽命為1000h的發(fā)動機平均使用壽命為的發(fā)動機平均使用壽命為 1000 1

12、 0 ( )838( )tR t dth 不規(guī)定拆修壽命的發(fā)動機平均使用壽命為 損失的剩余壽命為1811-838=973(h) 規(guī)定拆修壽命為1000h的發(fā)動機每百萬飛行小時的拆 修總臺數(shù)為 其中故障拆修臺數(shù)=3.68110-4106=368.1(臺) 無故障臺數(shù)=1193.3-368.1=825.2(臺) 2 0 ( )1811( )tR t dth 100 10 000/838=1193.3()臺 同理，可求得規(guī)定拆修壽命為2000h、3000h及不規(guī)定拆修壽命 時的各有關數(shù)據，如表3.3所示。 序號 規(guī)定拆 修 壽 命 (h) 發(fā)動機 平均使 用壽命 (h) 損失剩余 壽命 (h) 發(fā)動

13、機每百萬使用小時 拆修總臺數(shù)故障拆修臺數(shù)無故障拆修臺數(shù) 110008389731193.3368.1825.2 220001393418717.9416.3301.6 330001685126593.5487.1106.4 4不確 定 18110552.2552.00 RCM原理之二原理之二 提出潛在故障的概念，可使設備在不發(fā)生功能 故障的前提下得到充分的利用，達到安全、經 濟的使用目的 傳統(tǒng)維修觀念 無明確的潛在故障概念，少量視情維修也往往是根據故障 頻率或故障危險程度來確定的。如果定時維修和視情維修 二者在技術上都可行時，采用定時維修 RCM原理 有明確的潛在故障概念，視情維修是根據潛在故

14、障發(fā)展為 功能故障的間隔時間來確定的。如果定時維修和視情維修 二者在技術上都可行時，采用視情維修 RCM原理之二的說明 采用視情維修的依據采用視情維修的依據 是多數(shù)機件的故障模式有一個發(fā)展的過程，不是瞬間突然出現(xiàn) 的 在機件尚未喪失其功能之前有跡象或征兆可尋，可根據某些物 理狀態(tài)或工作參數(shù)的變化來判斷其功能故障即將發(fā)生 例如例如 輪胎磨損發(fā)生故障之前，先磨去胎面膠，露出胎身簾線層 如果在臨近發(fā)生功能故障之前將其更換或修理，就可以防止功能故障的發(fā) 生或避免功能故障的后果 這種在臨近功能故障之前可以確定機件將不能完成預定功能的 狀態(tài)，即是潛在故障 潛在故障潛在故障 指示功能故障即將發(fā)生的可鑒別的狀

15、態(tài) “潛在潛在”的含意的含意 潛在故障是指功能故障臨近前的狀態(tài)，而不是功能故障前任何時刻的狀態(tài) 機件的這種狀態(tài)經觀察或檢測是可以鑒別的 為了盡早準確地檢測出潛在故障，需要借助各種儀器設備，如鐵譜儀、為了盡早準確地檢測出潛在故障，需要借助各種儀器設備，如鐵譜儀、 滑油光譜儀、振動監(jiān)測儀、無損探傷儀、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控設備等滑油光譜儀、振動監(jiān)測儀、無損探傷儀、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控設備等 由于檢測和診斷手段的不同由于檢測和診斷手段的不同,同一故障模式在功能故障之前可能有幾個同一故障模式在功能故障之前可能有幾個 潛在故障點潛在故障點 例如，考慮一個滾動軸承的磨損故障模式，其功能故障之前的幾個潛例如，考慮一個滾動

16、軸承的磨損故障模式，其功能故障之前的幾個潛 在故障點如下圖所示在故障點如下圖所示 圖 同一故障模式在功能故障前的不同潛在故障點 A.故障開始發(fā)生點；P1.振動分析潛在故障點；P2.油質分析潛在故障點； P3.噪聲分析潛在故障點；P4.手摸發(fā)熱潛在故障點；F.功能故障點 RCM原理之三原理之三 檢查并排除隱蔽功能故障是預防多重故障嚴重 后果的必要措施 傳統(tǒng)維修觀念 無隱蔽功能故障概念，不了解隱蔽功能故障與多重故障的 關系，并認為多重故障的嚴重后果是無法預防的，只有聽 天由命 RCM原理 有隱蔽功能故障概念，了解隱蔽功能故障與多重故障有著 密切的關系，認識到多重故障的嚴重后果是有辦法預防的， 至少

17、可以將多重故障概率降低到一個可以接受的水平，它 取決于對隱蔽功能故障的檢測頻率和更改設計 隱蔽功能故障是正常使用設備的人員不能發(fā) 現(xiàn)的功能故障可分為兩種情況 正常情況下工作的設備，其功能故障(不工作或 不能完成規(guī)定功能的故障)對于正常使用設備的 人員是不明顯的 正常情況下不工作的設備，使用時是否良好， 對正常使用設備的人員是不明顯的 RCM原理之三的說明原理之三的說明 動力裝置的火警探測系統(tǒng)屬于第一種情況動力裝置的火警探測系統(tǒng)屬于第一種情況 在用泵在用泵A和備用泵和備用泵B 組成的供油系統(tǒng)示例組成的供油系統(tǒng)示例 由此說明這樣一個事實，一個隱蔽功能 故障本身沒有直接的后果，但具有能增 大多重故障

18、風險的間接后果，即隱蔽功 能故障的唯一后果是增大了多重故障的 概率。 當 泵當 泵 B 處處 于 故于 故 障 狀障 狀 態(tài)時，態(tài)時， 泵泵 A 的 故的 故 障 就障 就 稱 為稱 為 多 重多 重 故障。故障。 RCM原理之四原理之四 有效的預防性維修工作能夠以最少的資源消耗來保持設 備的固有可靠性水平，但不可能超過這個水平要想超 過這個水平，只有重新設計設備 傳統(tǒng)維修觀念 預防性維修能夠提高設備的固有可靠性水平，能 夠使設備保持做所期望做到的事情 RCM原理 預防性維修不能夠提高設備的固有可靠性水平， 最高只能保持或達到設備的固有可靠性水平 RCM原理之四的說明 傳統(tǒng)維修觀念認為，預防性

19、維修能夠提高設備的固有可靠性水平， 能夠使設備保持做所期望做到的事情但是，“所期望做到的” 和“所能做到的”常常有矛盾所謂可靠性是設備在規(guī)定的條件 下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力如果設備達到所期望的 功能的能力超出了所能做到的固有能力，即設備的固有可靠性水 平，那么，無論怎樣維修也達不到所期望功能的能力。維修充其 量是使設備發(fā)揮其固有的能力，使其做所能做的事情。 RCM原理之五原理之五 預防性維修能降低故障發(fā)生的頻率，但不能改變故障的 后果，只有通過設計才能改變故障的后果 傳統(tǒng)維修觀念預防性維修能避免故障的發(fā)生，能改變故障的后果 RCM原理 預防性維修難以避免故障的發(fā)生，不能改變故障的后

20、果，只有通過設計才能改變故障的后果 RCM原理之五的說明 傳統(tǒng)維修觀念過高地估計了預防性維修的作用，以為只要認真地 做好預防性維修工作，就可以“萬無一失”，就能夠避免故障的 發(fā)生，改變故障的后果事實上，故障是難以避免的，特別是早 期故障和偶然故障，是不可能靠預防性維修工作來預防的預防 性維修僅僅能預防故障出現(xiàn)的次數(shù)，從而降低故障發(fā)生的頻率或 概率，但是不能改變故障的后果。 安全性和環(huán)境性后果安全性和環(huán)境性后果 如果故障引起人身傷 亡或設備毀壞的事故， 那么它就有安全性后 果 如果故障導致違反了 國家環(huán)境保護的要求， 那么它就有環(huán)境性后 果 故障后果可分為故障后果可分為 安全性后果和環(huán)境性后果

21、隱蔽性后果 使用性后果 非使用性后果 隱蔽性后果隱蔽性后果 隱蔽性后果是指一個 隱蔽功能故障和另一 個或幾個功能故障的 結合所產生的多重故 障的影響 它不是一個功能故障 的直接影響，而是多 重故障的影響隱蔽 功能故障本身對設備 沒有直接的后果，只 有能增大多重故障概 率的間接后果，但多 重故障一旦發(fā)生，往 往具有安全性和環(huán)境 性等嚴重后果 使用性后果使用性后果(經濟性的經濟性的) 如果故障影響設備的使用能力或生產能力，那么它就具有 使用性后果 這種后果最終體現(xiàn)在經濟性上 非使用性后果非使用性后果(經濟性的經濟性的) 如果故障不影響設備的安全、使用和環(huán)境保護要求，只 涉及修復性維修(排除故障)費

22、用，那么它就具有非使用性 后果 這種后果也是體現(xiàn)在經濟性上 RCM原理之六原理之六 預防性維修工作是根據故障的后果和所做的維修工作既 要技術可行又要有效果來確定的。否則，不做預防性維 修工作，而是要考慮更改設計方案 RCM原理之六的說明 傳統(tǒng)維修觀念認為，對可能出現(xiàn)的任何故障都要做預防性維修工 作，維修工作做得越多，越能夠預防故障?？墒菍嵺`證明，無論 怎樣加大預防性維修的工作量和維修的深度和廣度，故障仍舊發(fā) 生，設備的總故障率不見下降反而上升，使“多做維修工作能夠 防止故障”的觀念受到了挑戰(zhàn)。以可靠性為中心的維修理論首先 是按故障的后果，然后按做維修工作既要技術可行又要有效果來 確定預防性維修

23、工作的 傳統(tǒng)維修觀念 對可能出現(xiàn)的任何故障都要做預防性維修工作 RCM原理 只有故障后果嚴重，而且所做的維修工作既要技術 可行又要有效果時才做預防性維修工作，否則，不 做預防性維修工作 定時維修的技術可行定時維修的技術可行 設備或機件必須有可確 定的耗損期 設備或機件的大部 分能工作到該耗損 期 通過定時維修能夠 將設備或機件修復 到規(guī)定的狀態(tài) 視情維修的技術可行視情維修的技術可行 設備或機件功能的退 化必須是可探測的 設備或機件必須存在 一個可定義的潛在故 障狀態(tài) 設備或機件在從潛在 故障發(fā)展到功能故障 之間必須經歷一段較 長的時間 隱患檢測的技術可行隱患檢測的技術可行 隱患檢測的技術可行是

24、指能否確定隱蔽功 能故障的發(fā)生 “有效果有效果”也分三種情況也分三種情況 對安全性后果、環(huán)境性后果和隱蔽性后果，要求能將 發(fā)生故障或多重故障的概率降低到規(guī)定的、可接受的 水平 對使用性后果，要求預防性維修費用低于使用性后果 的損失費用和修理費用 對非使用性后果，要求預防性維修費用低于修理費用 故障后果 技術可行又 有效果 安全性、 環(huán)境性后果 隱蔽性后果使用性后果非使用性后果 是預防性維修預防性維修預防性維修預防性維修 否必須更改設計更改設計 也許需要 更改設計 也許宜于 更改設計 表表 預防性維修工作與更改設計的確定 表表 預防性維修和修復性維修數(shù)量的變化 年份 運輸機 預防性維修修復性維 修 (狀態(tài)監(jiān) 控) 定時維修視情維修 1955DC-6100%OO 1962 B-707 DC-8 50%50%O 1968 B-727 DC-9 35%50%15% 1970 B-737 BAC-111 20%40%40% 1981B-7470.5%16.5%83% RCM原理之七原理之七 設備使用前的初始預防性維修大綱制訂后，需要在使用 期間收集使用數(shù)據