第三章民用航空器维修理论

第三章民用航空器维修理论维修的基本概念•磨损、疲劳、断裂、变形、腐蚀、老化等–造成设备性能下降甚至出现故障•会使其不能正常运行•或使运行成本增加•甚至造成灾难性的后果•维修–减小设备性能下降速度–减少或避免设备故障–保证设备在正常寿命期内的工作性能•越是重要和复杂的设备越需要精心地维修故障的概念–包括的内容•引起系统立即丧失其功能的破坏性故障•与设备性能降低有关的性能上的故障•即使设备当时正在生产规定的产品，而当操作者无意或蓄意使设备脱离正常的运转–故障不仅仅是一个状态的问题，而且直接与我们的认识方法有关•一个确实处于故障状态的设备，但如果它不是处于工作状态或未经检测，故障就仍然可以潜伏下来，从而，也就不可能被人们发现–磨损性故障–腐蚀性故障–断裂性故障–老化性故障故障定义–设备不能执行规定功能的状态分类–由于运动部件磨损，在某一时刻超过极限值所引起的故障–分类•粘附磨损–当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面•表面疲劳磨损–两接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳而产生物质损失•腐蚀磨损–零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应•微振磨损–两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动，此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末磨损性故障腐蚀性故障•化学腐蚀–金属和周围介质直接发生化学反应所造成的腐蚀•反应过程中没有电流产生。•电化学腐蚀–金属与电介质溶液发生电化学反应所造成的腐蚀•反应过程中有电流产生•物理腐蚀–金属与熔融盐、熔碱、液态金属相接触，使金属某一区域不断熔解，另一区域不断形成的物质转移现象断裂性故障•脆性断裂–可由于材料性质不均匀引起；或由于加工工艺处理不当所引起（如在锻、铸、焊、磨、热处理等工艺过程中处理不当，就容易产生脆性断裂）；也可由于恶劣环境所引起；如温度过低，使材料的机械性能降低，主要是指冲击韧性降低，因此低温容器（-20℃以下）必须选用冲击值大于一定值的材料。再如放射线辐射也能引起材料脆化，从而引起脆性断裂。•脆性断裂•疲劳断裂–由于热疲劳（如高温疲劳等）、机械疲劳（又分为弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、复合载荷疲劳等）以及复杂环境下的疲劳等各种综合因素共同作用所引起的断裂。•疲劳断裂•应力腐蚀断裂•塑性断裂•应力腐蚀断裂–一个有热应力、焊接应力、残余应力或其他外加拉应力的设备，如果同时存在与金属材料相匹配的腐蚀介质，则将使材料产生裂纹，并以显著速度发展的一种开裂。如不锈钢在氯化物介质中的开裂，黄铜在含氨介质中的开裂，都是应力腐蚀断裂。又如所谓氢脆和碱脆现象造成的破坏，也是应力腐蚀断裂。塑性断裂：塑性断裂是由过载断裂和撞击断裂所引起。•塑性断裂–金属材料断裂前产生一定量的宏观塑性变形，并吸收一定数量的能量；断裂后，在断口上可以看到宏观塑性变形的痕迹，这种断口称为塑性断口，这种断裂称为塑性断裂（也可称为韧性断裂）。塑性断裂是由过载和撞击所引起。老化性故障•上述综合因素作用于设备，使其性能老化所引起的故障。•航空器的整体可靠性是由各个系统的综合功能决定的，不是和每个零件的可靠性必然联系在一起的–有些零件的损坏，并不直接影响到飞行安全•或者只是影响经济效益•或是可由其他零件或其他系统的功能来补偿–对于这样的零部件定期翻修是不必要的航空维修思想对每个系统或每个零部件都要从航空器的整体可靠性去分析，分出哪些是有严重影响的，哪些不是，从而区别对待。失效曲线•从飞机的整体可靠性来考查，真正影响飞行安全的零部件故障只占整个故障的一小部分–而且这种连系和影响可以通过设计来减少或消除•从而产生了余度设计、破损安全设计等方法–据统计在采用了这些设计方法之后的飞机，影响安全的故障降低到20%以下•维修只能保证设计所要求的固有性能–如果维修达到了这一水平，而问题仍然出现，就必须从设计制造上来解决问题。•针对不同的零件要采取不同的维修方式–维修工作不够，使可靠性降低–维修工作过量同样会使可靠性下降民用航空器维修方式•定时维修方式(HardTime-HT)–针对有第一类故障曲线的零部件•给予一定的使用期限，到时后予以更换、报废•这类部件称为定寿件•视情维修(OnCondition)–针对有第二类故障曲线的零部件•由于没有一个明显的故障增长时限，按照定期维修，不但不能充分发挥这个零部件的效能，同时也不能减少故障的发生•通过对这些零部件使用情况的监测和观察，根据零件的具体情况来决定维修或更换•状态监控(ConditionMonitoring)–有些零件对航空器的飞行安全并不造成直接影响•即使发生故障，飞机仍然能够安全运行–不必在故障发生前下大力气去预防，而待故障发生后及时加以排除即可P-F（Potentialfailure–functionalfailure）曲线•功能失效–令人不满意的情况，在这种情况下设计功能不能充分实现–简单地说，就是它不能实现所要求的一项或多项功能•潜在失效–它被定义为可以被确认的物理状态，并能指示功能失效的紧急程度以可靠性为中心的维修理论•RCM原理之一–定时拆修对复杂设备的故障预防几乎不起作用，但对简单设备的故障预防有作用传统维修观念设备老，故障多。设备故障的发生、发展都与使用时间有直接的关系。定时拆修是对付故障的普遍适用的有力武器RCM原理设备老，故障不见得就多；设备新，故障不见得就少。只要做到机件随坏随修，则设备故障与使用时间一般没有直接的关系。定时拆修不是对付故障的普遍适用的有力武器2、RCM原理之一的说明图6-1传统维修观念与RCM理论的故障率曲线算例•相关的基本概念–可靠度•产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的概率称为产品的可靠度，记为–失效率•已工作到t时刻的产品，在t时刻后单位时间内发生失效的概率称为该产品在时刻的故障率–公式–平均寿命•是一个表示产品平均能工作多长时间的量()Rt()t0exptRttdt0()()ETRtdt•例3.1波音737飞机的一台JT8D-7航空发动机的故障不影响飞行安全，该发动机经过58432小时的使用统计，得到如下表的数据。试分析，在100万飞行小时的使用期间内，所规定的拆修寿命对拆修台数和损失剩余寿命的影响。序号规定拆修寿命(h)λ(t)(1/h)R(t)110003.681×10-40.692220004.163×10-40.420330004.871×10-40.1794不规定5.522×10-40.000JT8D-7航空发动机使用统计数据•解由使用统计数据得图6-2所示的R(t)曲线，规定拆修寿命为1000h的发动机平均使用寿命为100010()838()tRtdth不规定拆修寿命的发动机平均使用寿命为损失的剩余寿命为1811-838=973(h)规定拆修寿命为1000h的发动机每百万飞行小时的拆修总台数为其中故障拆修台数=3.681×10-4×106=368.1(台)无故障台数=1193.3-368.1=825.2(台)20()1811()tRtdth10010000/838=1193.3()台•同理，可求得规定拆修寿命为2000h、3000h及不规定拆修寿命时的各有关数据，如表3.3所示。序号规定拆修寿命(h)发动机平均使用寿命(h)损失剩余寿命(h)发动机每百万使用小时拆修总台数故障拆修台数无故障拆修台数110008389731193.3368.1825.2220001393418717.9416.3301.6330001685126593.5487.1106.44不确定18110552.2552.00•RCM原理之二–提出潜在故障的概念，可使设备在不发生功能故障的前提下得到充分的利用，达到安全、经济的使用目的传统维修观念无明确的潜在故障概念，少量视情维修也往往是根据故障频率或故障危险程度来确定的。如果定时维修和视情维修二者在技术上都可行时，采用定时维修RCM原理有明确的潜在故障概念，视情维修是根据潜在故障发展为功能故障的间隔时间来确定的。如果定时维修和视情维修二者在技术上都可行时，采用视情维修RCM原理之二的说明•采用视情维修的依据–是多数机件的故障模式有一个发展的过程，不是瞬间突然出现的–在机件尚未丧失其功能之前有迹象或征兆可寻，可根据某些物理状态或工作参数的变化来判断其功能故障即将发生•例如–轮胎磨损发生故障之前，先磨去胎面胶，露出胎身帘线层•如果在临近发生功能故障之前将其更换或修理，就可以防止功能故障的发生或避免功能故障的后果–这种在临近功能故障之前可以确定机件将不能完成预定功能的状态，即是潜在故障•潜在故障–指示功能故障即将发生的可鉴别的状态•“潜在”的含意–潜在故障是指功能故障临近前的状态，而不是功能故障前任何时刻的状态–机件的这种状态经观察或检测是可以鉴别的•为了尽早准确地检测出潜在故障，需要借助各种仪器设备，如铁谱仪、滑油光谱仪、振动监测仪、无损探伤仪、发动机状态监控设备等•由于检测和诊断手段的不同,同一故障模式在功能故障之前可能有几个潜在故障点•例如，考虑一个滚动轴承的磨损故障模式，其功能故障之前的几个潜在故障点如下图所示图同一故障模式在功能故障前的不同潜在故障点A.故障开始发生点；P1.振动分析潜在故障点；P2.油质分析潜在故障点；P3.噪声分析潜在故障点；P4.手摸发热潜在故障点；F.功能故障点•RCM原理之三–检查并排除隐蔽功能故障是预防多重故障严重后果的必要措施传统维修观念无隐蔽功能故障概念，不了解隐蔽功能故障与多重故障的关系，并认为多重故障的严重后果是无法预防的，只有听天由命RCM原理有隐蔽功能故障概念，了解隐蔽功能故障与多重故障有着密切的关系，认识到多重故障的严重后果是有办法预防的，至少可以将多重故障概率降低到一个可以接受的水平，它取决于对隐蔽功能故障的检测频率和更改设计•隐蔽功能故障是正常使用设备的人员不能发现的功能故障．可分为两种情况–正常情况下工作的设备，其功能故障(不工作或不能完成规定功能的故障)对于正常使用设备的人员是不明显的–正常情况下不工作的设备，使用时是否良好，对正常使用设备的人员是不明显的RCM原理之三的说明动力装置的火警探测系统属于第一种情况在用泵A和备用泵B组成的供油系统示例•由此说明这样一个事实，一个隐蔽功能故障本身没有直接的后果，但具有能增大多重故障风险的间接后果，即隐蔽功能故障的唯一后果是增大了多重故障的概率。当泵B处于故障状态时，泵A的故障就称为多重故障。•RCM原理之四–有效的预防性维修工作能够以最少的资源消耗来保持设备的固有可靠性水平，但不可能超过这个水平．要想超过这个水平，只有重新设计设备传统维修观念预防性维修能够提高设备的固有可靠性水平，能够使设备保持做所期望做到的事情RCM原理预防性维修不能够提高设备的固有可靠性水平，最高只能保持或达到设备的固有可靠性水平•RCM原理之四的说明–传统维修观念认为，预防性维修能够提高设备的固有可靠性水平，能够使设备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．所谓可靠性是设备在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力．如果设备达到所期望的功能的能力超出了所能做到的固有能力，即设备的固有可靠性水平，那么，无论怎样维修也达不到所期望功能的能力。维修充其量是使设备发挥其固有的能力，使其做所能做的事情。•RCM原理之五–预防性维修能降低故障发生的频率，但不能改变故障的后果，只有通过设计才能改变故障的后果传统维修观念预防性维修能避免故障的发生，能改变故障的后果RCM原理预防性维修难以避免故障的发生，不能改变故障的后果，只有通过设计才能改变故障的后果•RCM原理之五的说明–传统维修观念过高地估计了预防性维修的作用，以为只要认真地做好预防性维修工作，就可以“万无一失”，就能够避免故障的发生，改变故障的后果．事实上，故障是难以避免的，特别是早期故障和偶然故障，是不可能靠预防性维修工作来预防的．预防性维修仅仅能预防故障出现的次数