第三章民用航空器维修理论

1、第三章第三章民用航空器维修理论民用航空器维修理论维修的基本概念维修的基本概念 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

2、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磨损性故障腐蚀性故障腐蚀性故障断裂性故障断裂性故障老化性故障老化性故障 故障定义故障定义设备不能执行设备不能执行规定功能的状规定功能的状态态分类分类 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

3、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磨损性故障腐蚀性故障腐蚀性故障 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

4、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

5、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

6、航空维修思想航空维修思想对每个系统或每个零部件都要从航空器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。重影响的，哪些不是，从而区别对待。失效曲线失效曲线 从飞机的整体可靠性来考查，真正影响飞行安全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维修只能保证设计

7、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民用航空器维修方式 定时维修方式定时维修方式(Hard Time-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 视情维修视情维修(On Condition) 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

8、况的监测和观察，根据零件的具体情况来决定维修或更换 状态监控状态监控(Condition Monitoring) 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（Potential failure functional failure）曲线）曲线功能失效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以可靠性为中心的维修理论RCM原理之一原

9、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

10、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( )R t( ) t 0exptR tt dt0( )( )E TR t dt 例例3.1 波音波音737飞机的一台飞机的一台JT8D-7航空发动机的故障不影航空发动机的故障不影响飞行安全，该发动机经过响飞行安全，该发动机经过58432小时的使用统计，得到小时的使用统计，得到如下表的数据。试分析，在如下表的数据。试分析，在100万飞行小时的使用期间内，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。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)(t)(1/h) R(t)1100

11、03.68110-40.692220004.16310-4 0.420330004.87110-4 0.1794不规定5.52210-4 0.000JT8D-7航空发动机使用统计数据航空发动机使用统计数据 解解 由使用统计数据得图由使用统计数据得图6-2所示的所示的R(t)曲线，规曲线，规定拆修寿命为定拆修寿命为1000h的发动机平均使用寿命为的发动机平均使用寿命为100010( )838( )tR t dth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=3.68110-4106=

12、368.1(台)无故障台数=1193.3-368.1=825.2(台)20( )1811( )tR t dth100 10 000/838=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18110552.2552.00RCM原理之二原理之二

13、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

14、 例如例如 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 潜在故障潜在故障 指示功能故障即将发生的可鉴别的状态“潜在潜在”的含意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、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滑油光谱仪、振动

15、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同一故障模式在功能故障之前可能有几个潜在故障点潜在故障点例如，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

16、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原理之三的说明原理之三的说明动力装置的

17、火警探测系统属于第一种情况动力装置的火警探测系统属于第一种情况在用泵在用泵A和备用泵和备用泵B组成的供油系统示例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 泵当 泵B 处处于 故于 故障 状障 状态时，态时，泵泵 A的 故的 故障 就障 就称 为称 为多 重多 重故障。故障。RCM原理之四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

18、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

19、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，从而降低故障发生的频率或概率，但是不能改变故障的后果。 安全性和环境性后果安全性和环境性后果 如果故障引起人身伤亡或设备毁坏的事故，那么它就有安全性后果 如果故障

20、导致违反了国家环境保护的要求，那么它就有环境性后果故障后果可分为故障后果可分为安全性后果和环境性后果隐蔽性后果使用性后果非使用性后果隐蔽性后果隐蔽性后果隐蔽性后果是指一个隐蔽功能故障和另一个或几个功能故障的结合所产生的多重故障的影响它不是一个功能故障的直接影响，而是多重故障的影响隐蔽功能故障本身对设备没有直接的后果，只有能增大多重故障概率的间接后果，但多重故障一旦发生，往往具有安全性和环境性等严重后果 使用性后果使用性后果(经济性的经济性的) 如果故障影响设备的使用能力或生产能力，那么它就具有使用性后果 这种后果最终体现在经济性上非使用性后果非使用性后果(经济性的经济性的)如果故障不影响设备的

21、安全、使用和环境保护要求，只涉及修复性维修(排除故障)费用，那么它就具有非使用性后果这种后果也是体现在经济性上RCM原理之六原理之六预防性维修工作是根据故障的后果和所做的维修工作既要技术可行又要有效果来确定的。否则，不做预防性维修工作，而是要考虑更改设计方案RCM原理之六的说明传统维修观念认为，对可能出现的任何故障都要做预防性维修工作，维修工作做得越多，越能够预防故障。可是实践证明，无论怎样加大预防性维修的工作量和维修的深度和广度，故障仍旧发生，设备的总故障率不见下降反而上升，使“多做维修工作能够防止故障”的观念受到了挑战。以可靠性为中心的维修理论首先是按故障的后果，然后按做维修工作既要技术可

22、行又要有效果来确定预防性维修工作的传统维修观念对可能出现的任何故障都要做预防性维修工作RCM原理只有故障后果严重，而且所做的维修工作既要技术可行又要有效果时才做预防性维修工作，否则，不做预防性维修工作 定时维修的技术可行定时维修的技术可行 设备或机件必须有可确定的耗损期 设备或机件的大部分能工作到该耗损期 通过定时维修能够将设备或机件修复到规定的状态视情维修的技术可行视情维修的技术可行设备或机件功能的退化必须是可探测的设备或机件必须存在一个可定义的潜在故障状态设备或机件在从潜在故障发展到功能故障之间必须经历一段较长的时间隐患检测的技术可行隐患检测的技术可行隐患检测的技术可行是指能否确定隐蔽功能

23、故障的发生 “有效果有效果”也分三种情况也分三种情况 对安全性后果、环境性后果和隐蔽性后果，要求能将发生故障或多重故障的概率降低到规定的、可接受的水平 对使用性后果，要求预防性维修费用低于使用性后果的损失费用和修理费用 对非使用性后果，要求预防性维修费用低于修理费用故障后果技术可行又有效果安全性、环境性后果隐蔽性后果使用性后果非使用性后果是预防性维修预防性维修预防性维修预防性维修否必须更改设计更改设计也许需要更改设计也许宜于更改设计表表 预防性维修工作与更改设计的确定表表 预防性维修和修复性维修数量的变化年份运输机预防性维修修复性维修(状态监控)定时维修视情维修1955DC-6100%OO1962B-707DC-850%50%O1968B-727DC-935%50%15%1970B-737BAC-11120%40%40%1981B-7470.5%16.5%83%RCM原理之七原理之七设备使用前的初始预防性维修大纲制订后，需要在使用期间收集使用数据