飞机故障诊断(一)课件

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1、飞机故障诊断技术 Diagnosis of Aircraft Failure,第一章 故障特性与故障过程模型,故障及其分类 故障过程模型与故障物理应用,第一节 故障及其分类,飞机故障对飞行安全的影响 故障及其分类,飞机故障对飞行安全的影响,由于设计、制造、使用、维修及管理等因素引起设备或机件故障，导致飞行事故时有发生。 故障（包括人为差错）是产生飞行事故的主要原因！ 机务人员所做的每一项工作，从日常保养到预防维修，无不以保证飞行安全、不出或少出故障为其目的。,一、可靠性与安全性,二、民航客机事故原因分析,设计和维修方案不合理 片面地追求较高的静强度和刚度，忽视了材料的耐腐蚀及抗疲劳特性。伊尔

2、- 18机翼上翼面B94铆钉大量出现断头现象 系统和接头配件设计过分强调标准化，忽视了一些防人为差错的细节措施。由于7、8插头错接而造成一架TU - 154飞机空中解体 修理方案不合理1985年，日本航空公司一架B747客机空中发生故障，造成机组和乘客无一生还。,二、民航客机事故原因分析,人为因素 统计民航1950年以来有确切资料的120起事故中，因人为差错造成事故的占79%，机械装备故障造成事故的占13.4%，环境和其他因素造成事故的占7.6%。 如果设计上没有采取可靠的防人为差错的措施，在使用或维修中又没有严格按操作规程进行操作，则很容易导致飞机故障，乃至严重事故。 飞行人员的心理素质 人

3、为故意破坏,二、民航客机事故原因分析,人为因素 统计民航1950年以来有确切资料的120起事故中，因人为差错造成事故的占79%，机械装备故障造成事故的占13.4%，环境和其他因素造成事故的占7.6%。 如果设计上没有采取可靠的防人为差错的措施，在使用或维修中又没有严格按操作规程进行操作，则很容易导致飞机故障，乃至严重事故。 飞行人员的心理素质 人为故意破坏,事故统计图,二、民航客机事故原因分析,环境因素 飞机结构的疲劳损伤 飞机结构的腐蚀损伤,三、故障诊断学,人们逐渐地把注意力集中到对故障原因及后果的分析上，研究减少故障、减轻故障后果的方法，以保证飞机的安全性为宗旨，并将其贯穿于飞机设计、制造

4、、使用、维修，直到退役的全过程。 理论基础：可靠性、维修性、系统工程等新兴学科。 工具 检测技术的发展； 检测手段的提高； 计算机功能的开发与运用。,故障及其分类,故障是指产品丧失了规定的功能，或产品的一个或几个性能指标超过了规定的范围。 故障与正常界限的确定，可能随使用范围、分析层次等有所不同。故障判据,一、故障定义,故障及其分类,按其对功能的影响分类 功能故障：指被考察的对象不能达到规定的性能指标（针对某一功能）。它有两个方面的含义。 潜在故障：是一种预示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态或事件。,二、故障分类,故障及其分类,按其后果分类 安全性后果故障：故障会引起对使用安全性的直接不利

5、影响。（1. 预防维修；2. 改进设计） 使用性后果故障：故障对使用能力有直接的不利影响。（预防维修费用 间接经济损失 + 直接维修费用）,二、故障分类,故障及其分类,按其后果分类 非使用性后果故障：故障对安全性及使用性均没有直接的不利影响。（预防维修费用 直接修理费用） 隐患性后果故障：这类故障若不及时发现并排除，可能会导致系统多重故障，甚至发生安全性后果。（预定维修）,二、故障分类,故障及其分类,按其产生的原因及故障特征分类 早期故障 偶然故障 耗损故障,二、故障分类,第二节 故障过程模型与故障物理应用,故障模式与故障机理 故障过程模型 故障物理应用,故障模式与故障机理,故障模式或故障类型

6、是故障发生时的具体表现形式。 一种功能故障往往是由多种故障模式中的一种或数种造成的。 对于系统功能故障而言，确定了故障模式，并不等于找到了故障部位。 一种故障特征可能为几种模式所共有，而同一故障模式可能有多个故障特征。 同一零部件可以同时存在几种故障模式。（发生频率和频率比）,一、故障模式,故障模式与故障机理,故障机理是故障的内因，故障特征是故障的现象，而环境应力条件是故障的外因。 故障机理和故障模式是依不同的对象来规定各自特定的分类。（疲劳断裂现象） 有关产品的故障机理、故障模式及其相互关系，必须根据实际情况具体分析，不能一概而论。,二、故障机理,故障模式与故障机理,“SCWIFT”分类 蠕

7、变或应力断裂（S） 腐蚀（C） 磨损（W） 冲击断裂（I） 疲劳（F） 热（T）,二、故障机理,故障过程模型,当施加在元件、材料上的应力超过其耐受能力（即强度）时，故障便发生。 应力 强度模型是一种材料力学模型。 “应力”应理解为由环境、工作条件等退化的诱因所引起的系统内部能量积蓄。 “强度”应理解为材料、元件或系统的抗故障能力。 若掌握了应力和强度的概率分布规律，则根据应力与强度分布密度曲线交叠部分面积可求出产品故障概率。,一、应力 - 强度模型,21,图1.2-1 应力强度模型,故障过程模型,利用应力 强度模型可以分析故障机理并可提出提高产品可靠性的方法。 通常，材料强度、静载荷和结构几何

8、尺寸均服从正态分布。应力作为载荷和结构几何参数的函数，也可以做正态分布的假设。 当应力与强度两者的分布没有重叠区域时，故障不发生。当密度曲线下出现重叠部分（t = t2），则表示会发生故障，且重叠部分的面积代表了发生故障的概率的大小。,一、应力 - 强度模型,23,故障过程模型,强度分布的均值 标准差 分布密度 应力分布均值 标准差 分布密度 安全余量Sm： 应力偏差度Lr： （1.2-1）,估算产品可靠度,24,故障过程模型,令L为应力随机变量，S为强度随机变量，引入随机变量Z，即 Z = S - L Z的密度函数为 （1.2-2） 随机变量Z的均值， 随机变量Z的标准差，,估算产品可靠度,

9、25,故障过程模型,结构发生强度不足故障的条件是Z 0。故结构发生静强度破坏的概率（即故障密度）为 引入新的变量u， ，则服从标准正态分布，得到 由（1.2-1）式可知 ，代入上式求得 （1.2-3）,估算产品可靠度,故障过程模型,S、L均很小，可靠性（图1.2-2 (a)） S较大，L较小，可靠性（图1.2-2 (b)） 通过质量控制，降低强度分布的标准差； 高应力筛选法，剔除强度低的产品（图1.2-3）。 S较小，L较大可靠性（图1.2-2 (c)） 限制使用条件和环境影响； 重新设计。,一、利用应力 - 强度模型分析故障机理 与提高可靠度的方法（图1.2-2）,27,图1.2-2 应力、

10、强度分布对可靠性的影响,28,图1.2-3 高应力筛选后的应力、强度分布,故障过程模型,如果产品的故障是由于产品内部某种物理、化学反应的持续进行，直到它的某些参数变化超过了一定的临界值，产品丧失规定功能或性能，这种故障就可以用反应论模型来描述。 产品从正常状态进入退化状态的过程中，存在着能量势垒（激活能E），跨越E所必须的能量是由环境（应力）提供的，只有当外部环境提供的能量超过此E，才有可能发生该种状态的反应（图1.2-4）。,二、反应论模型,30,图1.2-4 激活能及退化反应,31,故障过程模型,通常的退化反应，在达到最终退化状态前要跨越几个能量势垒，发生几个不同故障机理的反应。 串连式反

11、应过程 （1.2-4） 总反应速度主要取决于反应最慢的那个过程的速度。 并联式反应 （1.2-5） 总反应速度主要取决于反应最快的过程的速度。,二、反应论模型,32,故障过程模型,认为产品或机件的故障（或破坏）是从缺陷最大因而也是最薄弱的部位产生（图1.2-5）。 利用最弱环模型确定材料或元件的故障率： 设材料或元件有n个相互独立的故障机理，而其中任何一个故障机理都可能导致材料或元件故障，则材料或元件故障可用各机理故障率之和来表示，即 （1.2-6） 最弱环模型与应力-强度模型具有一定的区别和联系。,三、最弱环模型（串连模型）,33,图1.2-5 最弱环模型示意图,故障过程模型,如果环境多次重复作用在产品上，每次均对产品产生一定量的损伤，当这些损伤累积起来超过某一临界值时，产品就会发生故障。 应用累积损伤模型分析产品故障，估算产品寿命时，通常假定基于同一故障机理。,四、累积损伤模型,故障物理应用,安 - 24飞机服役多年后，在机翼油箱上壁板边缘出现了多条裂纹，且方向均从翼根斜向翼尖。,实例分析,36,安-24B（前苏联安东诺夫设计局研制的双发涡轮螺桨支线客机 ）,37,图1.2-6 安-24飞机机翼油箱上壁板（B95铝合金） 边缘处表面的蚀坑（500）,38,图1.2-7 边缘裂纹断口的疲劳条纹,39,图1.2-8 边缘裂纹断口表面上腐蚀产物,Thank you!,