飛機(jī)故障診斷第章-公開課件

航空工程學(xué)院飛機(jī)故障診斷與監(jiān)控技術(shù)2011.08課程簡(jiǎn)介2/23/2021

4:08

AMPage

2學(xué)時(shí)量：36學(xué)時(shí)教材：《飛機(jī)故障診斷與監(jiān)控技術(shù)》參考書目：√中國人民解放軍空軍工程學(xué)院.《航空維修工程學(xué)》西安：中國人民解放軍空軍工程學(xué)院，1985√朱繼洲.《故障樹原理和應(yīng)用》.西安：西安交通大學(xué)出版社，1988√張涵垺,何正嘉.《模糊診斷原理及應(yīng)用》.西安：西安交通大學(xué)出版社，1988考核課程結(jié)構(gòu)故障特性與故障過程模型1故障樹分析法2系統(tǒng)故障查找方法3飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷檢查4故障診斷方法2/23/2021

4:08

AMPage

35故障診斷學(xué)2/23/2021

4:08

AMPage

4人工診斷故障憑借人的感官和個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)故障診斷科學(xué)基于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息論、控制論、可靠性理論、系統(tǒng)工程理論、最優(yōu)化理論等故障診斷學(xué)2/23/2021

4:08

AMPage

5故障診斷學(xué)根據(jù)診斷對(duì)象的從過去到現(xiàn)在、從現(xiàn)在到將來的一系列信息所進(jìn)行的狀態(tài)識(shí)別和鑒定的科學(xué)包括故障物理，故障樹分析，故障模式、影響和危險(xiǎn)性分析，機(jī)械數(shù)值診斷，模擬電路自動(dòng)測(cè)試，飛機(jī)監(jiān)控技術(shù)以及振動(dòng)分析、機(jī)油光譜分析等內(nèi)容第一章 故障特性與故障過程模型2/23/2021

4:08

AMPage

6緒

論第一節(jié)

故障及其分類第二節(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)用緒論2/23/2021

4:08

AMPage

7航空器檢測(cè)與診斷技術(shù)的意義航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)航空器結(jié)構(gòu)檢查與修理技術(shù)航空器檢測(cè)與診斷技術(shù)的意義2/23/2021

4:08

AMPage

8·

空難統(tǒng)計(jì)（表1-1、1-2）飛行事故原因人、設(shè)計(jì)、環(huán)境、機(jī)械

雖然現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和可靠性已日臻完善，機(jī)械因素導(dǎo)致的飛行事故仍占很高的比例 ——

25%

~

30%發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車、系統(tǒng)失效、襟翼失效、起落架輪子以外部位觸地2/23/2021

4:08

AMPage

92/23/2021

4:08

AMPage

102/23/2021

4:08

AMPage

11航空器檢測(cè)與診斷技術(shù)的意義2/23/2021

4:08

AMPage

12·

航空器檢測(cè)、診斷與維修技術(shù)·

以飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢查與修理、發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助動(dòng)力裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷為主要研究內(nèi)容，以航空器視情維修決策為最終研究目的，從而在充分保障航空器運(yùn)營安全性的前提下，最大程度地降低維修成本以提高航空器運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性的一門學(xué)科。航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革2/23/2021

4:08

AMPage

13航空器事后維修制度20世紀(jì)50年代以前，設(shè)備發(fā)生故障之后才進(jìn)行檢查特點(diǎn)：設(shè)備壞了才修，不壞不修目前僅僅用于對(duì)安全性影響較小的部件維修上航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革2/23/2021

4:08

AMPage

14航空器定時(shí)維修制度

要求航空器在運(yùn)行一定時(shí)間后，無論損壞與否，均要進(jìn)行檢查和維修浴盆曲線早期故障期：制造缺陷和工藝不當(dāng)，故障率較高；

偶然故障期：使用維護(hù)不當(dāng)或應(yīng)力突然超過極限值、零件失效等隨機(jī)因素，故障率較低且穩(wěn)定，接近常數(shù)；耗損故障期：磨損、疲勞、腐蝕、老化等，故障率遞增2/23/2021

4:08

AMPage

15航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革2/23/2021

4:08

AMPage

16航空器定時(shí)維修制度航空裝備故障率曲線

浴盆曲線規(guī)律只適用于構(gòu)造比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品以及現(xiàn)代復(fù)雜設(shè)備中的一些簡(jiǎn)單機(jī)件

20世紀(jì)60年代，美國聯(lián)合航空公司發(fā)現(xiàn)了航空機(jī)件的故障曲線有六種基本形式

復(fù)雜產(chǎn)品沒有耗損期的這一重要規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，推翻了浴盆曲線適用于一切情況的假設(shè)2/23/2021

4:08

AMPage

17航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革2/23/2021

4:08

AMPage

18航空器以可靠性為中心的維修制度當(dāng)代維修理論的基本觀點(diǎn)

各種產(chǎn)品、各種故障模式的發(fā)生、發(fā)展和后果是不相同的，因而要采取相適應(yīng)的維修對(duì)策，以便用最少的資源消耗，確保產(chǎn)品使用的安全性與可靠性。MSG-3維修思想

以對(duì)飛機(jī)重要功能產(chǎn)品可靠性特性進(jìn)行分析，即以故障模式和故障影響分析為基礎(chǔ)，以維修的適應(yīng)性、有效性和經(jīng)濟(jì)性為決策準(zhǔn)則，確定是否進(jìn)行預(yù)防性維修工作，并確定工作的內(nèi)容、維修級(jí)別、時(shí)機(jī)的邏輯決斷方法。航空器維修理論的發(fā)展及維修制度的變革2/23/2021

4:08

AMPage

19航空器視情維修制度根據(jù)對(duì)項(xiàng)目定期或連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果所實(shí)施的預(yù)防維修

以狀態(tài)監(jiān)控為核心，根據(jù)航空器狀態(tài)監(jiān)控的結(jié)果確定維修間隔和維修內(nèi)容狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷是視情維修的基礎(chǔ)特點(diǎn)：

著眼于航空器的具體技術(shù)狀況，一反定期維修的常規(guī)而采取定期監(jiān)測(cè)——以狀態(tài)為基礎(chǔ)的預(yù)防維修航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

20航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究對(duì)象

完全組裝好的，正在工作的或準(zhǔn)備工作的發(fā)動(dòng)機(jī)（有時(shí)也包括壓氣機(jī)、渦輪等單獨(dú)的部件）發(fā)動(dòng)機(jī)故障包括以下幾方面：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零件或構(gòu)件的損壞；發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備喪失規(guī)定的功能；發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功能的衰退超過規(guī)定值航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

21航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究對(duì)象發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷任務(wù)：

簡(jiǎn)易診斷：通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)，依據(jù)參數(shù)是否超標(biāo)，回答發(fā)動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)故障

精密診斷：在發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)參數(shù)超標(biāo)的情況下，對(duì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行分析和診斷，以達(dá)到故障定位、定性和定因的目的

趨勢(shì)預(yù)測(cè)：通過對(duì)已知數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析和時(shí)間序列分析，建立發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)序模型，從而對(duì)未來的值進(jìn)行預(yù)測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

22航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷基本理論信號(hào)分析與處理理論模式識(shí)別理論故障方程法預(yù)測(cè)技術(shù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

23航空發(fā)動(dòng)機(jī)常用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)磨損狀態(tài)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)孔探監(jiān)測(cè)技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

24航空器結(jié)構(gòu)檢查與修理技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

25飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)分類與設(shè)計(jì)原則飛機(jī)維修指導(dǎo)思想

早期：預(yù)防和修理相結(jié)合，且以預(yù)防為主，要求對(duì)飛機(jī)每種設(shè)備都要進(jìn)行定期翻修

現(xiàn)代：MSG思想和可靠性方法控制維修相結(jié)合，采用“定時(shí)”、“視情”、“監(jiān)控”三種維修方式2/23/2021

4:08

AMPage

262/23/2021

4:08

AMPage

27航空器結(jié)構(gòu)檢查與修理技術(shù)2/23/2021

4:08

AMPage

28飛機(jī)中常見的損傷偶然損傷（Accidental

Damage：AD）環(huán)境損傷（Environmental

Damage：ED）疲勞損傷（Fatigue

Damage：FD）航空器無損檢測(cè)技術(shù)航空器滲漏檢測(cè)技術(shù)第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

29二、故障及其分類

1.故障定義設(shè)備在規(guī)定條件下，不能完成其規(guī)定的功能；設(shè)備在規(guī)定條件下，一個(gè)或幾個(gè)性能參數(shù)不能保持在規(guī)定的上、下限值之間；設(shè)備在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)工作時(shí)，導(dǎo)致設(shè)備不能完成其功能的機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件或元器件的破裂、斷裂、卡死等損壞狀態(tài)。廣義定義故障是一種不合格的狀態(tài)第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

302.

故障分類(1)按故障對(duì)功能的影響分類功能故障——針對(duì)某一功能喪失了某種功能；不能滿足規(guī)定的性能指標(biāo)或技術(shù)參數(shù)要求潛在故障（故障征兆、故障苗頭）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)或事件通過鑒別和排除潛在故障，采取各種維修手段，將不致發(fā)生功能故障第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

312.

故障分類(2)按故障后果分類安全性后果故障（危險(xiǎn)性故障）故障會(huì)引起對(duì)使用安全性的直接不利影響來源：對(duì)使用安全性有直接不利影響的功能喪失因某種功能的喪失而導(dǎo)致的繼發(fā)性二次損傷預(yù)防維修或改進(jìn)設(shè)計(jì)第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

322.

故障分類(2)按故障后果分類使用性后果故障故障對(duì)使用能力有直接的不利影響在經(jīng)濟(jì)上會(huì)影響到間接經(jīng)濟(jì)損失和直接的修理費(fèi)用在預(yù)防維修的費(fèi)用低于故障的間接經(jīng)濟(jì)損失和直接修理費(fèi)用之和時(shí)，才采用預(yù)防維修方式第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

332.

故障分類(2)按故障后果分類非使用性后果故障故障不影響系統(tǒng)的主要功能，只是使系統(tǒng)處于能工作但并非良好的狀態(tài)，如余度系統(tǒng)和非重要機(jī)件的故障只有當(dāng)預(yù)防維修費(fèi)用低于故障后的直接修理費(fèi)用時(shí)，才進(jìn)行預(yù)防維修第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

342.

故障分類(2)按故障后果分類隱患性后果故障（隱蔽故障）故障對(duì)安全和使用均無直接的不利影響，且對(duì)操作人員或故障觀察者又是不明顯的若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)多重故障，甚至發(fā)生安全性后果預(yù)防維修第一節(jié)

故障及其分類2.

故障分類(3)按故障產(chǎn)生的原因及故障特征分類2/23/2021

4:08

AMPage

35第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

362.

故障分類(3)按故障產(chǎn)生的原因及故障特征分類早期故障通常是由于設(shè)計(jì)、制造上的缺陷等原因而產(chǎn)生多在產(chǎn)品磨合期內(nèi)基本消除，或在產(chǎn)品使用初期出現(xiàn)偶然故障（隨機(jī)故障）產(chǎn)品由于偶然因素引起的故障通常預(yù)防維修無效第一節(jié)

故障及其分類2/23/2021

4:08

AMPage

372.

故障分類(3)按故障產(chǎn)生的原因及故障特征分類耗損故障由于產(chǎn)品老化、磨損、腐蝕、疲勞等原因引起的故障出現(xiàn)在產(chǎn)品可用壽命期的后期，故障率隨時(shí)間增長采用定期檢查和預(yù)先更換方式有效第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

38故障模式與故障機(jī)理故障過程模型臨界模型與耐久模型應(yīng)力-強(qiáng)度模型反應(yīng)論模型最弱環(huán)模型（串聯(lián)模型）累積損傷模型故障物理應(yīng)用第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

39故障模式與故障機(jī)理故障模式產(chǎn)品故障狀態(tài)的形式分類只涉及產(chǎn)品是如何故障的，而不管為什么故障故障模式的不定性零部件的故障模式在工程實(shí)際中并非不變，它是貯存、使用、維護(hù)等環(huán)境條件以及時(shí)間的函數(shù)，且與設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等因素密切相關(guān)，還常因廠家、批量的不同而各有差異第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

40故障模式與故障機(jī)理故障機(jī)理引起故障的物理、化學(xué)或其他過程，是故障的內(nèi)因故障機(jī)理與故障模式的關(guān)系故障機(jī)理是故障的內(nèi)因，故障模式是故障的現(xiàn)象，而環(huán)境條件則是故障的外因常見故障機(jī)理的分類蠕變或應(yīng)力斷裂（S）腐蝕（C）磨損（W）沖擊斷裂（I）疲勞（F）熱（T）二、故障過程模型故障的發(fā)生是由于原子、分子微觀變化的原因引起的故障過程模型分類：理化模型從固有的技術(shù)立場(chǎng)出發(fā)，研究故障是在什么地方，以什么形式發(fā)生的，研究故障與物性、環(huán)境和時(shí)間等因素的關(guān)系概率（統(tǒng)計(jì)）模型缺陷在空間上是怎樣分布的，故障發(fā)生的時(shí)間在概率上是怎樣分布的兩類模型之間有著內(nèi)在的聯(lián)系2/23/2021

4:08

AMPage

41第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用臨界模型當(dāng)應(yīng)力超越某一界限，即引起故障；能量的積蓄越過某一限度就造成破壞結(jié)構(gòu)材料的拉伸斷裂耐久模型元件、材料等完全工作于安全工作區(qū)，在t

=0時(shí)刻沒有損壞，只是經(jīng)過一定時(shí)間后才發(fā)生故障2/23/2021

4:08

AMPage

42第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用安全工作區(qū)和臨界狀態(tài)第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

43第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

44故障過程模型故障的發(fā)生是由于原子、分子微觀變化的原因引起的（1）應(yīng)力-強(qiáng)度模型適用：當(dāng)應(yīng)力超過產(chǎn)品的耐受強(qiáng)度時(shí)，故障即發(fā)生。如果故障是由于外界的某種應(yīng)力超過了該產(chǎn)品對(duì)此種應(yīng)力所能承受的限度（即該產(chǎn)品的強(qiáng)度）而引起的，就可以用應(yīng)力-強(qiáng)度模型來描述這種模型常用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)的故障分析上應(yīng)力和耐受強(qiáng)度剛好相等的狀態(tài)即臨界狀態(tài)若掌握了應(yīng)力和強(qiáng)度隨時(shí)間的分布，則從兩個(gè)分布的交疊部分便可以計(jì)算出產(chǎn)品的不可靠度第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

45第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型的應(yīng)用——計(jì)算產(chǎn)品可靠度結(jié)構(gòu)載荷與材料強(qiáng)度都是服從某一分布的統(tǒng)計(jì)量，故結(jié)構(gòu)的故障也具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)靜載荷、靜強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)的幾何尺寸均能較好地服從正態(tài)分布利用應(yīng)力強(qiáng)度模型定量地分析故障，即要計(jì)算應(yīng)力與強(qiáng)度分布重疊區(qū)域的面積大小安全余量和應(yīng)力偏差度2/23/2021

4:08

AMPage

46第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

47第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

48應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型的應(yīng)用——

分析故障機(jī)理高可靠度狀態(tài)圖(a)L、

S較小，Sm較高而Lr較低飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、動(dòng)力裝置的重要受力構(gòu)件及冷氣瓶等設(shè)計(jì)、制造中控制質(zhì)量和尺寸，使用中注意使用條件和環(huán)境條件的影響，妥善維修保養(yǎng)——控制強(qiáng)度的變化應(yīng)力的變化，或者聽其自然，或者人工控制——保證足夠的安全余量第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型的應(yīng)用——

分析故障機(jī)理Lr較低，

S較大而Sm較低圖(b)少部分質(zhì)量差的產(chǎn)品出現(xiàn)故障2/23/2021

4:08

AMPage

49采用質(zhì)量控制方法，↓高應(yīng)力篩選法S↑應(yīng)力，有意使質(zhì)量差的產(chǎn)品出現(xiàn)故障，使母體的強(qiáng)度分布截去一段，重疊區(qū)域↓↓，而剩下產(chǎn)品的可靠度↑高應(yīng)力老化電子設(shè)備，篩選電子元件，驗(yàn)證試驗(yàn)高壓冷氣瓶等第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

50應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型的應(yīng)用——

分析故障機(jī)理Sm較低而Lr較高圖(c)一種極不利的情況產(chǎn)品質(zhì)量控制較好，采用高應(yīng)力篩選法或提高平均強(qiáng)度的方法可能費(fèi)用昂貴而收效又不大解決辦法↓

L

，限制使用條件和環(huán)境影響第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

51（2）反應(yīng)論模型產(chǎn)品的故障或性能退化，從微觀上看起源于原子、分子的變化適用：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)定功能或性能飛機(jī)上的導(dǎo)線、電纜的絕緣層和橡膠件模型特點(diǎn)：能夠估計(jì)參與反應(yīng)的應(yīng)力對(duì)反應(yīng)的影響程度第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用（2）反應(yīng)論模型激活能與退化反應(yīng)反應(yīng)速度與溫度之間的關(guān)系——阿侖尼烏斯方程2/23/2021

4:08

AMPage

52第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用（3）最弱環(huán)模型（串聯(lián)模型）材料（或構(gòu)件）的破壞和產(chǎn)品的故障是由其內(nèi)在缺陷和薄弱部位所決定的適用：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)生在這種情況下，最弱點(diǎn)的退化速度為串聯(lián)系統(tǒng)的退化速度2/23/2021

4:08

AMPage

54第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用（3）最弱環(huán)模型的應(yīng)用當(dāng)材料或產(chǎn)品的各種故障機(jī)理互相獨(dú)立時(shí)，其中任意一個(gè)或幾個(gè)的強(qiáng)度低于某一臨界值時(shí)，利用最弱環(huán)模型可以確定材料或產(chǎn)品的故障率設(shè)材料或元件有n個(gè)相互獨(dú)立的故障機(jī)理，而其中任何一個(gè)故障機(jī)理都可能導(dǎo)致材料或元件故障，則材料或元件故障率可用各機(jī)理故障率之和來表示：材料或元件的結(jié)果要素及所加的應(yīng)力越復(fù)雜，制作工序越多，發(fā)生故障的可能性也就越大。同樣，經(jīng)歷時(shí)間越長，發(fā)生故障的數(shù)學(xué)期望

t也越大（R

(t)

=

e-t）2/23/2021

4:08

AMPage

55第二節(jié)

故障過程模型與故障物理應(yīng)用2/23/2021

4:08

AMPage

56√最弱環(huán)模型與應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別L當(dāng)

0時(shí)，根據(jù)應(yīng)力

-

強(qiáng)度模型，無論每個(gè)鏈環(huán)還是整個(gè)鏈條，其可靠度均取決于S；而根據(jù)最弱環(huán)模型，由n個(gè)