試談飛機故障診斷技術(shù)

1、20/20故障是指產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能，或產(chǎn)品的一個或幾個性能指標(biāo)超過了規(guī)定的范圍。它是產(chǎn)品的一種不合格狀態(tài)。故障按其對功能的阻礙分為兩類：功能故障和潛在故障。功能故障是指被考察的對象不能達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)；潛在故障又稱作故障先兆，它是一種預(yù)示功能故障立即發(fā)生的能夠鑒不的實際狀態(tài)或事件。故障按其后果分四類：安全性后果故障：采取預(yù)防維修的方式；使用性后果故障：對使用能力有直接的不利阻礙，通常是在預(yù)防維修的費用低于故障的間接經(jīng)濟(jì)損失和直接修理費用之和時，才采納預(yù)防維修方式；非使用性后果故障：對安全性及使用性均沒有直接的不利阻礙，只是使系統(tǒng)處于能工作但并非良好的狀態(tài)，只有當(dāng)預(yù)防維修費用低于故障后的直

2、接維修費用時才進(jìn)行預(yù)防維修，否則一般采納事后維修方式；隱患性后果故障：通常須做預(yù)定維修工作。故障按其產(chǎn)生緣故及故障特征分類可分為早期故障、偶然故障和損耗故障。偶然故障也稱隨機故障，它是產(chǎn)品由于偶然因素引起的故障。關(guān)于偶然故障，通常預(yù)定維修是無效的。耗損故障是由于產(chǎn)品的老化、磨損、腐蝕、疲勞等緣故引起的故障。這種故障出現(xiàn)在產(chǎn)品可用壽命期的后期，故障率隨時刻增長，采納定期檢查和預(yù)先更換的方式是有效的。故障模式或故障類型是故障發(fā)生時的具體表現(xiàn)形式。故障模式是由測試來推斷的，測試結(jié)果顯示的是故障特性。故障機理是故障的內(nèi)因，故障特征是故障的現(xiàn)象，而環(huán)境應(yīng)力條件是故障的外因。應(yīng)力-強度模型：當(dāng)施加在元件、

3、材料上的應(yīng)力超過其耐受能力時，故障便發(fā)生。這是一種材料力學(xué)模型。高可靠度狀態(tài)（圖1.2-2（a）：應(yīng)力和強度分布的標(biāo)準(zhǔn)差專門小，且強度均值比應(yīng)力均值高得多，安全余量Sm專門大，因此可靠度專門高。圖1.2-2（b）所示為強度分布的標(biāo)準(zhǔn)差較大，應(yīng)力分布標(biāo)準(zhǔn)差較小的情況，采納高應(yīng)力篩選法，讓質(zhì)量差的產(chǎn)品出現(xiàn)故障，以使母體強度分布截去低強度范圍的一段，使強度與應(yīng)力密度曲線下重疊區(qū)域大大減小，余下的裝機件可靠度提高。圖1.2-2（c）所示為強度分布標(biāo)準(zhǔn)差較小，但應(yīng)力分布標(biāo)準(zhǔn)差較大的情況，解決的方法最好是減小應(yīng)力分布的標(biāo)準(zhǔn)差，限制使用條件和環(huán)境阻礙或修改設(shè)計。 圖1.2-2 應(yīng)力、強度分布對可靠性的阻礙9

4、反應(yīng)論模型：假如產(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，這種故障就能夠用反應(yīng)論模型來描述。串連式反應(yīng)過程：總反應(yīng)速度要緊取決于反應(yīng)最慢的那個過程的速度。并聯(lián)式反應(yīng)過程：總反應(yīng)速度要緊取決于反應(yīng)最快的過程的速度。10最弱環(huán)模型（串連模型）：認(rèn)為產(chǎn)品或機件的故障（或破壞）是從缺陷最大因而也是最薄弱的部位產(chǎn)生11故障樹分析法簡稱FTA法（Fault Tree Analysis）故障樹分析法是一種將系統(tǒng)故障形成的緣故由總體至部分按樹狀逐級細(xì)化的分析方法。故障樹分析法將最不希望發(fā)生的故障事件作為頂事件，利用事件和邏輯門符號逐級

5、分析故障形成緣故。優(yōu)點：直觀、形象，靈活性強，通用性好；缺點：理論性強，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，建樹要求有經(jīng)驗，建樹工作量大，易錯漏。12頂事件和中間事件（矩形）底事件（圓形）開關(guān)事件（房形）省略事件（菱形）13邏輯與門 邏輯或門 邏輯非門 異或門 表決門K/N門表決門：僅當(dāng)n個輸入事件中有k個或k個以上發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。14建樹步驟頂事件選取原則：1)必須有確切的定義，不能含混不清、模棱兩可。2)必須是能分解的，以便分析頂事件和底事件之間的關(guān)系。3）能被監(jiān)測或操縱，以便對其進(jìn)行測量、定量分析，并采取措施防止其發(fā)生。4）最好有代表性。15（1）系統(tǒng)級邊界條件 頂事件及附加條件( 系統(tǒng)初始狀態(tài)，不同意出

6、現(xiàn)事件，不加考慮事件 ) （2）部件級邊界條件 元部件狀態(tài)及概率，底事件是重要部件級邊界 利用邊界條件簡化： 與門下有必不發(fā)生事件，其上至或門,則或門下該分支可刪除； 與門下有必定發(fā)生事件,則該事件可刪除; 或門下有必定發(fā)生事件，其上至與門,則與門下該分支可刪除 或門下有必不發(fā)生事件，則該事件可刪除16n個不同的獨立底事件組成的故障樹，有個可能狀態(tài)，故可有個狀態(tài)向量。17與門結(jié)構(gòu)故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù) 18或門結(jié)構(gòu)故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)19k/n門結(jié)構(gòu)故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)20底事件的相干性若對第i個底事件而言，至少存在一對狀態(tài)向量Y1i=(y1,y2,yi-1,1,yi+1,yn)記作(1i,Y)和Y0i=(

7、y1,y2,yi-1,0,yi+1,yn)記作(0i,Y)，滿足 (1i,Y) (0i,Y)，而對其它一切狀態(tài)向量而言，恒有 (1i,X) (0i, X)成立，則稱第i個底事件與頂事件相干。假如找不到狀態(tài)向量滿足 (1i,X) (0i, X)，則稱第i個底事件與頂事件不相干。相干結(jié)構(gòu)函數(shù)：(X)滿足：故障樹中底事件與頂事件均相干；(X)對各底事件的狀態(tài)變量xi(i=1,2,n)均為非減函數(shù) 21相干結(jié)構(gòu)函數(shù)的性質(zhì) （1）若狀態(tài)向量X=(0,0,0)，則(X)=0； （2）若狀態(tài)向量X=(1,1,1)，則(X)=1； （3）若狀態(tài)向量XY(即xi yi,i=1,2,n)，則結(jié)構(gòu)函數(shù)(X) (Y)

8、；（4）若(X) 是由n個獨立底事件組成的任意結(jié)構(gòu)故障的相干結(jié)構(gòu)函數(shù)，則有即任意結(jié)構(gòu)故障樹，其結(jié)構(gòu)函數(shù)的上限為或門結(jié)構(gòu)故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)，而下限是與門結(jié)構(gòu)故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)。22若狀態(tài)向量X能使結(jié)構(gòu)函數(shù)=1，則稱此狀態(tài)向量為割向量。在割向量X中，取值為1的各重量對應(yīng)的狀態(tài)變量（或底事件）的集合，稱作割集。割集是導(dǎo)致頂事件發(fā)生的若干底事件的集合。若狀態(tài)向量X是割向量（即=1），并對任意狀態(tài)向量Z而言，只要ZX，恒有=1成立，則稱X為最小路向量，最小路向量X中取值為0的各重量對應(yīng)的底事件的集合，稱為最小路集。最小路集是使系統(tǒng)不發(fā)生故障的必要正常元件的集合。24用最小割集表示結(jié)構(gòu)函數(shù)：25用最小路集表示結(jié)構(gòu)

9、函數(shù)：26掌握化相交和為不交和，求頂事件概率（此法最簡單易于理解，故采納之）：式中為故障樹的最小割集，將上式化成單獨項（形如這種形式）的邏輯和，將式中的用代替，用代替。如此便可得到頂事件發(fā)生的概率為：27底事件的發(fā)生對頂事件發(fā)生的阻礙，稱作底事件的重要度。概率結(jié)構(gòu)重要度：僅由單個底事件概率的變化而引起頂事件概率發(fā)生變化，則頂事件概率對底事件概率的變化率稱作該底事件的概率結(jié)構(gòu)重要度，簡稱概率重要度，記作。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 。上式能夠看出概率重要度較大的底事件，其概率發(fā)生變化，則對頂事件概率變化的阻礙是比較大的。結(jié)構(gòu)重要度：第i個底事件的結(jié)構(gòu)重要度定義為該底事件處于關(guān)鍵狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)與其處于正常狀

10、態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)之比。當(dāng)系統(tǒng)由n個獨立元件組成時，則可表示為：，為該底事件處于關(guān)鍵狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)，可由下式表示：所謂底事件的關(guān)鍵狀態(tài)是指該底事件狀態(tài)變量由0變?yōu)?時（該元件由正常變故障），故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)也由0變?yōu)?（系統(tǒng)由正常變故障）的狀態(tài)。 用以下原則求結(jié)構(gòu)重要度，在概率重要度的基礎(chǔ)上，令各底事件的概率均為1/2，則所求結(jié)構(gòu)重要度與其底事件的概率重要度相同。關(guān)鍵重要度：，由此可見，底事件的關(guān)鍵重要度是指頂事件概率相對變化量與引起此變化的底事件概率相對變化量之比的極限。28故障隔離手冊（FIM）和故障報告手冊使用同一的故障碼，該故障碼為8位數(shù)：左起前兩位為故障所在章號（系統(tǒng)），3、4位為節(jié)號

11、（子系統(tǒng)），5、6位為項目號，7、8位表示故障件位置。29無空勤人員提供故障碼時的故障隔離程序故障必定歸入下面四種情況之一：有相應(yīng)的EICAS信息的故障；有機內(nèi)自檢程序（BITE）的故障；有適用的維修操縱顯示板（MCDP）信息的故障；以上信息全沒有的故障。若報告的問題上述三種信息均有，則故障分析順序為優(yōu)先考慮執(zhí)行有EICAS信息的排故程序，其次是機內(nèi)自檢程序，最后是考慮執(zhí)行有MCDP信息的排故程序。30查找故障的典型概率法（P75）重點看，有計算。概率法應(yīng)用的條件：故障是由某一元件故障引起；查找故障可不能引入新故障。概率法應(yīng)用的參數(shù)：檢查次數(shù)（一次檢查、平均檢查次數(shù)檢查時刻（一次檢查時刻ti、

12、平均總檢查時刻檢查工作量(一次檢查工作量i、平均總檢查工作量檢查費用（一次檢查費用Ci、平均總檢查費用適用范圍逐件檢查系統(tǒng)分組檢查系統(tǒng)31分組檢查的方法：兩分法、等概率法、最小時刻法。兩分法：要點-符合機件數(shù)大致相等的要求；最少檢查次數(shù)與最大檢查次數(shù)：若系統(tǒng)由n個機件組成，滿足2m n 50kHz）和低頻渦流檢測。趨膚效應(yīng)：渦流的磁場會引起交變電流趨向構(gòu)件表面，表面電流密度最大，隨著深度增加，電流密度減弱41渦流檢測法的適用范圍檢查導(dǎo)電構(gòu)件的疲勞損傷和腐蝕損傷。對鋁合金是首選的無損檢測方法不適用非金屬構(gòu)件，如塑料、玻璃纖維復(fù)合材料等的損傷高頻渦流可檢測試件表面或近表面的損傷，而低頻渦流可檢測構(gòu)

13、件隱蔽面或緊固件孔壁上的損傷關(guān)于鋼構(gòu)件一般不采納渦流檢測法探傷。不能檢測出平行于探測面的層狀裂紋。厚度小于1.5 mm的薄板材，板邊緣或緊固件孔邊的邊界效應(yīng)較大，給檢測帶來一定的困難42超聲波檢測法：高頻聲束（頻率在20kHz以上）射入被檢材料，通過不同介質(zhì)分界面會發(fā)生反射，檢測者分析反射聲束信號，便可確定缺陷或損傷的存在及其位置。超聲波的發(fā)射與接收是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來實現(xiàn)的超聲波是一種波長比光波長，比一般電波短，頻率高于20kHz的機械波43縱波檢測法的適用范圍：易檢測出與工件探測面走向平行的缺陷受儀器盲區(qū)和分辨力的限制，表面和近表面檢測能力低適用于檢測大面積的厚工件，定位簡單橫波檢測

14、法的適用范圍：可發(fā)覺與工件表面成一定角度的缺陷或損傷輔助縱波檢測，檢測垂直于探測面的缺陷或損傷。應(yīng)用：可檢測金屬、非金屬、復(fù)合材料的內(nèi)部及表面缺陷（裂紋損傷和腐蝕損傷），對平面缺陷十分敏感，只要聲束方向與裂紋面夾角達(dá)到一定要求，就可清晰地顯示出裂紋損傷44磁粉檢測的原理：（通過檢測漏磁來發(fā)覺缺陷）鐵磁試件被磁化后，若試件存在表面或近表面缺陷，會使試件表面產(chǎn)生漏磁。鐵磁性工件中存在著許多小磁疇，磁化前，磁疇隨機取向，磁性抵消；被磁化時，磁疇規(guī)則排列，呈現(xiàn)磁極。當(dāng)工件表面或近表面存在與磁化方向近于垂直的裂紋缺陷時，磁力線會彎曲，呈繞行趨勢，溢出表面的磁力線叫做缺陷漏磁。漏磁場強度取決于缺陷尺寸、方

15、向和位置以及試件的磁化強度。漏磁場強度越大，缺陷部位越容易吸附磁粉，越能顯示出磁粉跡痕，觀看磁粉跡痕推斷缺陷所在。周向磁化法：直接通電法、電極法、芯棒法縱向磁化法：線圈法、電磁鐵法、感應(yīng)電流法復(fù)合磁化法適用于鐵磁性構(gòu)件表面或近表面缺陷（或裂紋）。要緊檢測鍛鋼件及焊件，不適用于奧氏體不銹鋼（非磁性材料）。注意：磁粉檢測后要對零件進(jìn)行退磁。45傳統(tǒng)的故障診斷方法包括邏輯診斷方法、統(tǒng)計診斷方法和模糊診斷方法。46邏輯診斷法師依照故障特性（故障信息或征兆）與故障狀態(tài)的邏輯關(guān)系，運用推理的方式進(jìn)行故障診斷的方法。有效決策規(guī)則：將有效邏輯基中全部變元（取值為）或逆變元（取值為）邏輯乘，再求邏輯和有效決策主

16、范式：從決策規(guī)則動身，通過邏輯運算，得到全部變元或逆變元邏輯乘的邏輯和概括邏輯診斷步驟: 1.確定考慮的因素,建立決策規(guī)則; 2.建立有效決策規(guī)則或有效決策主范式; 3.將給定元件狀態(tài)的元件變元或逆變元組成征兆函數(shù),待定元件變元或逆變元組成成因函數(shù),進(jìn)行狀態(tài)識不或故障診斷.注：此節(jié)求有效邏輯基，通過分析故障成因函數(shù)查找故障緣故是重點。47統(tǒng)計診斷方法：確定臨界值是重點。依照對平均冒險率的分析，提出以下四種確定臨界值的方法：最小冒險法、最小錯誤診斷概率方法、微小極大法和紐曼-皮爾遜方法。在滿足平均冒險率最小的條件下，即使=時，確定臨界值的方法稱為最小冒險方法。當(dāng)=，=時，最小錯誤診斷概率方法確定臨界值得條件和最小冒險法完全相同。在使平均冒險率取極大的同時，使平均冒險率取微小，如此確定臨界值的方法稱為微小極大法。紐曼-皮爾遜方法：要正確地可能錯誤診斷的代價往往是十分困難的，為此往往采納使某種診斷錯誤概率降低到最小的原則。例題：依照滑油中含鐵量監(jiān)測發(fā)動機機匣的工作狀態(tài)。設(shè)由統(tǒng)計資料得到：在正常狀態(tài)下含鐵量的均值=2p.p.m（1p.p.m=1毫克/升），在異常狀態(tài)下含鐵量的均值=12p.p.m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5p.p.m；含鐵量為正態(tài)分布，并已知發(fā)動機處于正常狀態(tài)的概率為=0.8。試用最小錯誤診斷概率法：（1）詳細(xì)推導(dǎo)確定臨界值的