飞机故障诊断
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▪ 现代：MSG思想和可靠性方法控制维修相结合，采用“定时”、 “视情”、“监控”三种维修方式
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航空器结构检查与修理技术
❖ 飞机中常见的损伤
▪ 偶然损伤（Accidental Damage：AD） ▪ 环境损伤（Environmental Damage：ED） ▪ 疲劳损伤（Fatigue Damage：FD）
▪ 发动机状态诊断 ▪ 发动机转子系统诊断 ▪ 发动机磨损状态诊断 ▪ 发动机孔探监测技术
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航空器结构检查与修理技术
❖ 飞机结构完整性要求 ❖ 飞机结构分类与设计原则 ❖ 飞机维修指导思想
▪ 早期：预防和修理相结合，且以预防为主，要求对飞机每种设备都 要进行定期翻修
隐患性后果故障（隐蔽故障） 故障对安全和使用均无直接的不利影响，且对操 作人员或故障观察者又是不明显的 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 预防维修
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器以可靠性为中心的维修制度
▪ 当代维修理论的基本观点
• 各种产品、各种故障模式的发生、发展和后果是不相同的， 因而要采取相适应的维修对策，以便用最少的资源消耗，确 保产品使用的安全性与可靠性。
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
非使用性后果故障 故障不影响系统的主要功能，只是使系统处于能 工作但并非良好的状态，如余度系统和非重要机件 的故障 只有当预防维修费用低于故障后的直接修理费用 时，才进行预防维修
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
▪ MSG-3维修思想 • 以对飞机重要功能产品可靠性特性进行分析，即以故障模式 和故障影响分析为基础，以维修的适应性、有效性和经济性 为决策准则，确定是否进行预防性维修工作，并确定工作的 内容、维修级别、时机的逻辑决断方法。
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象
▪ 完全组装好的，正在工作的或准备工作的发动机（有时也包括压气 机、涡轮等单独的部件）
▪ 发动机故障包括以下几方面： • 发动机机械零件或构件的损坏； • 发动机系统或设备丧失规定的功能； • 发动机实际功能的衰退超过规定值
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航空器检测与诊断技术的意义
❖ 空难统计（表1-1、1-2） ❖ 飞行事故原因
▪ 人、设计 、环境、机械
❖ 虽然现代飞机设计技术和可靠性已日臻完善，机械因素导 致的飞行事故仍占很高的比例 —— 25% ~ 30%
▪ 发动机空中停车、系统失效、襟翼失效、起落架轮子以外部位触地
➢故障机理与故障模式的关系
• 故障机理是故障的内因，故障模式是故障的现象，而环境
条件则是故障的外因
➢常见故障机理的分类
•蠕变或应力断裂（S） •腐蚀（C） •磨损（W）
•冲击断裂（I） •疲劳（F） •热（T）
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
二、故障过程模型
➢ 故障模式与故障机理 ➢ 故障过程模型
临界模型与耐久模型 应力 - 强度模型 反应论模型 最弱环模型（串联模型） 累积损伤模型
➢ 故障物理应用
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
1.故障模式与故障机理 故障模式
➢产品故障状态的形式分类 ➢只涉及产品是如何故障的，而不管为什么故障 ➢故障模式的不定性
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故障诊断学
❖ 故障诊断学
▪ 根据诊断对象的从过去到现在、从现在到将来的一系列信 息所进行的状态识别和鉴定的科学
▪ 包括故障物理，故障树分析，故障模式、影响和危险性分 析，机械数值诊断，模拟电路自动测试，飞机监控技术以 及振动分析、机油光谱分析等内容
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• 零部件的故障模式在工程实际中并非不变，它是贮存、使 用、维护等环境条件以及时间的函数，且与设计、制造、试 验等因素密切相关，还常因厂家、批量的不同而各有差异
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
1.故障模式与故障机理
故障机理
➢引起故障的物理、化学或其他过程，是故障的内因
Hale Waihona Puke Baidu
❖ 航空器视情维修制度
▪ 根据对项目定期或连续的状态监测结果所实施的预防维修 ▪ 以状态监控为核心，根据航空器状态监控的结果确定维修间隔和维
修内容 ▪ 状态监控和故障诊断是视情维修的基础 ▪ 特点：
• 着眼于航空器的具体技术状况，一反定期维修的常规而采取定 期监测——以状态为基础的预防维修
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➢广义定义 ➢故障是一种不合格的状态
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类
(1)按故障对功能的影响分类
功能故障——针对某一功能 丧失了某种功能； 不能满足规定的性能指标或技术参数要求
潜在故障（故障征兆、故障苗头） 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 通过鉴别和排除潜在故障，采取各种维修手段， 将不致发生功能故障
飞机故障诊断与监控技术
航空工程学院
2011.08
课程简介
➢ 学时量：36学时
➢ 教材：《飞机故障诊断与监控技术》
➢ 参考书目：
✓ 中国人民解放军空军工程学院. 《航空维修工程学》 西安：中国人民解放军空军工程学院， 1985
✓ 朱继洲.《故障树原理和应用》. 西安： 西安交通大学出版社，1988
✓ 张涵垺, 何正嘉.《模糊诊断原理及应用》. 西安：西安交通大学出版社，1988
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
•耗损故障 •由于产品老化、磨损、腐蚀、疲劳等原因引起的故障 •出现在产品可用寿命期的后期，故障率随时间增长 •采用定期检查和预先更换方式有效
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
❖ 航空器无损检测技术 ❖ 航空器渗漏检测技术
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第一节 故障及其分类
二、 故障及其分类 1.故障定义
➢设备在规定条件下，不能完成其规定的功能； ➢设备在规定条件下，一个或几个性能参数不能保持在规 定的上、下限值之间； ➢设备在规定的应力范围内工作时，导致设备不能完成其 功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等 损坏状态。
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器定时维修制度
▪ 航空装备故障率曲线 • 浴盆曲线规律只适用于构造比较简单的产品以及现代复杂设备 中的一些简单机件 • 20世纪60年代，美国联合航空公司发现了航空机件的故障曲线 有六种基本形式 • 复杂产品没有耗损期的这一重要规律的发现，推翻了浴盆曲线 适用于一切情况的假设
❖ 故障的发生是由于原子、分子微观变化的原因引起的 ❖ 故障过程模型分类：
▪ 理化模型 • 从固有的技术立场出发，研究故障是在什么地方，以什么形 式发生的，研究故障与物性、环境和时间等因素的关系
➢ 考核
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课程结构
1 故障特性与故障过程模型 2 故障树分析法 3 系统故障查找方法 4 飞机结构的损伤检查 5 故障诊断方法
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故障诊断学
❖ 人工诊断故障
▪ 凭借人的感官和个人的实践经验
❖ 故障诊断科学
▪ 基于电子技术、计算机技术、信息论、控制论、可靠性理 论、系统工程理论、最优化理论等
❖ 航空器定时维修制度
▪ 要求航空器在运行一定时间后，无论损坏与否，均要进行检查和维 修
▪ 浴盆曲线 • 早期故障期：制造缺陷和工艺不当，故障率较高； • 偶然故障期：使用维护不当或应力突然超过极限值、零件失效 等随机因素，故障率较低且稳定，接近常数； • 耗损故障期：磨损、疲劳、腐蚀、老化等，故障率递增
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断基本理论
▪ 信号分析与处理理论 ▪ 模式识别理论 ▪ 故障方程法 ▪ 预测技术
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机常用的状态监测与故障诊断技术
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器事后维修制度
▪ 20世纪50年代以前，设备发生故障之后才进行检查 ▪ 特点：设备坏了才修，不坏不修 ▪ 目前仅仅用于对安全性影响较小的部件维修上
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
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第一章 故障特性与故障过程模型
❖绪 论 ❖ 第一节 故障及其分类 ❖ 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
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绪论
❖ 航空器检测与诊断技术的意义 ❖ 航空器维修理论的发展及维修制度的变革 ❖ 航空发动机状态监测与故障诊断技术 ❖ 航空器结构检查与修理技术
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航空器检测与诊断技术的意义
❖ 航空器检测、诊断与维修技术
▪ 以飞机结构的检查与修理、发动机及辅助动力装置的状态监测与故障诊 断为主要研究内容，以航空器视情维修决策为最终研究目的，从而在充 分保障航空器运营安全性的前提下，最大程度地降低维修成本以提高航 空器运营经济性的一门学科。
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象
▪ 发动机故障诊断任务： • 简易诊断：通过对发动机关键参数的监测，依据参数是否超标， 回答发动机是否出现故障 • 精密诊断：在发现发动机的监测参数超标的情况下，对监测的 参数进行分析和诊断，以达到故障定位、定性和定因的目的 • 趋势预测：通过对已知数据进行趋势分析和时间序列分析，建 立发动机时序模型，从而对未来的值进行预测
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
•早期故障 •通常是由于设计、制造上的缺陷等原因而产生 •多在产品磨合期内基本消除，或在产品使用初期出现
•偶然故障（随机故障） •产品由于偶然因素引起的故障 •通常预防维修无效
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
使用性后果故障 故障对使用能力有直接的不利影响 在经济上会影响到间接经济损失和直接的修理费用 在预防维修的费用低于故障的间接经济损失和直接 修理费用之和时，才采用预防维修方式
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第一节 故障及其分类
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
安全性后果故障（危险性故障） 故障会引起对使用安全性的直接不利影响 来源： 对使用安全性有直接不利影响的功能丧失 因某种功能的丧失而导致的继发性二次损伤 预防维修或改进设计
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航空器结构检查与修理技术
❖ 飞机中常见的损伤
▪ 偶然损伤（Accidental Damage：AD） ▪ 环境损伤（Environmental Damage：ED） ▪ 疲劳损伤（Fatigue Damage：FD）
▪ 发动机状态诊断 ▪ 发动机转子系统诊断 ▪ 发动机磨损状态诊断 ▪ 发动机孔探监测技术
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航空器结构检查与修理技术
❖ 飞机结构完整性要求 ❖ 飞机结构分类与设计原则 ❖ 飞机维修指导思想
▪ 早期：预防和修理相结合，且以预防为主，要求对飞机每种设备都 要进行定期翻修
隐患性后果故障（隐蔽故障） 故障对安全和使用均无直接的不利影响，且对操 作人员或故障观察者又是不明显的 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 预防维修
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器以可靠性为中心的维修制度
▪ 当代维修理论的基本观点
• 各种产品、各种故障模式的发生、发展和后果是不相同的， 因而要采取相适应的维修对策，以便用最少的资源消耗，确 保产品使用的安全性与可靠性。
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
非使用性后果故障 故障不影响系统的主要功能，只是使系统处于能 工作但并非良好的状态，如余度系统和非重要机件 的故障 只有当预防维修费用低于故障后的直接修理费用 时，才进行预防维修
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
▪ MSG-3维修思想 • 以对飞机重要功能产品可靠性特性进行分析，即以故障模式 和故障影响分析为基础，以维修的适应性、有效性和经济性 为决策准则，确定是否进行预防性维修工作，并确定工作的 内容、维修级别、时机的逻辑决断方法。
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象
▪ 完全组装好的，正在工作的或准备工作的发动机（有时也包括压气 机、涡轮等单独的部件）
▪ 发动机故障包括以下几方面： • 发动机机械零件或构件的损坏； • 发动机系统或设备丧失规定的功能； • 发动机实际功能的衰退超过规定值
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航空器检测与诊断技术的意义
❖ 空难统计（表1-1、1-2） ❖ 飞行事故原因
▪ 人、设计 、环境、机械
❖ 虽然现代飞机设计技术和可靠性已日臻完善，机械因素导 致的飞行事故仍占很高的比例 —— 25% ~ 30%
▪ 发动机空中停车、系统失效、襟翼失效、起落架轮子以外部位触地
➢故障机理与故障模式的关系
• 故障机理是故障的内因，故障模式是故障的现象，而环境
条件则是故障的外因
➢常见故障机理的分类
•蠕变或应力断裂（S） •腐蚀（C） •磨损（W）
•冲击断裂（I） •疲劳（F） •热（T）
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
二、故障过程模型
➢ 故障模式与故障机理 ➢ 故障过程模型
临界模型与耐久模型 应力 - 强度模型 反应论模型 最弱环模型（串联模型） 累积损伤模型
➢ 故障物理应用
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
1.故障模式与故障机理 故障模式
➢产品故障状态的形式分类 ➢只涉及产品是如何故障的，而不管为什么故障 ➢故障模式的不定性
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故障诊断学
❖ 故障诊断学
▪ 根据诊断对象的从过去到现在、从现在到将来的一系列信 息所进行的状态识别和鉴定的科学
▪ 包括故障物理，故障树分析，故障模式、影响和危险性分 析，机械数值诊断，模拟电路自动测试，飞机监控技术以 及振动分析、机油光谱分析等内容
3/26/2020 7:40 PM
• 零部件的故障模式在工程实际中并非不变，它是贮存、使 用、维护等环境条件以及时间的函数，且与设计、制造、试 验等因素密切相关，还常因厂家、批量的不同而各有差异
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
1.故障模式与故障机理
故障机理
➢引起故障的物理、化学或其他过程，是故障的内因
Hale Waihona Puke Baidu
❖ 航空器视情维修制度
▪ 根据对项目定期或连续的状态监测结果所实施的预防维修 ▪ 以状态监控为核心，根据航空器状态监控的结果确定维修间隔和维
修内容 ▪ 状态监控和故障诊断是视情维修的基础 ▪ 特点：
• 着眼于航空器的具体技术状况，一反定期维修的常规而采取定 期监测——以状态为基础的预防维修
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➢广义定义 ➢故障是一种不合格的状态
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类
(1)按故障对功能的影响分类
功能故障——针对某一功能 丧失了某种功能； 不能满足规定的性能指标或技术参数要求
潜在故障（故障征兆、故障苗头） 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 通过鉴别和排除潜在故障，采取各种维修手段， 将不致发生功能故障
飞机故障诊断与监控技术
航空工程学院
2011.08
课程简介
➢ 学时量：36学时
➢ 教材：《飞机故障诊断与监控技术》
➢ 参考书目：
✓ 中国人民解放军空军工程学院. 《航空维修工程学》 西安：中国人民解放军空军工程学院， 1985
✓ 朱继洲.《故障树原理和应用》. 西安： 西安交通大学出版社，1988
✓ 张涵垺, 何正嘉.《模糊诊断原理及应用》. 西安：西安交通大学出版社，1988
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
•耗损故障 •由于产品老化、磨损、腐蚀、疲劳等原因引起的故障 •出现在产品可用寿命期的后期，故障率随时间增长 •采用定期检查和预先更换方式有效
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第二节 故障过程模型与故障物理应用
❖ 航空器无损检测技术 ❖ 航空器渗漏检测技术
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第一节 故障及其分类
二、 故障及其分类 1.故障定义
➢设备在规定条件下，不能完成其规定的功能； ➢设备在规定条件下，一个或几个性能参数不能保持在规 定的上、下限值之间； ➢设备在规定的应力范围内工作时，导致设备不能完成其 功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等 损坏状态。
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器定时维修制度
▪ 航空装备故障率曲线 • 浴盆曲线规律只适用于构造比较简单的产品以及现代复杂设备 中的一些简单机件 • 20世纪60年代，美国联合航空公司发现了航空机件的故障曲线 有六种基本形式 • 复杂产品没有耗损期的这一重要规律的发现，推翻了浴盆曲线 适用于一切情况的假设
❖ 故障的发生是由于原子、分子微观变化的原因引起的 ❖ 故障过程模型分类：
▪ 理化模型 • 从固有的技术立场出发，研究故障是在什么地方，以什么形 式发生的，研究故障与物性、环境和时间等因素的关系
➢ 考核
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课程结构
1 故障特性与故障过程模型 2 故障树分析法 3 系统故障查找方法 4 飞机结构的损伤检查 5 故障诊断方法
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故障诊断学
❖ 人工诊断故障
▪ 凭借人的感官和个人的实践经验
❖ 故障诊断科学
▪ 基于电子技术、计算机技术、信息论、控制论、可靠性理 论、系统工程理论、最优化理论等
❖ 航空器定时维修制度
▪ 要求航空器在运行一定时间后，无论损坏与否，均要进行检查和维 修
▪ 浴盆曲线 • 早期故障期：制造缺陷和工艺不当，故障率较高； • 偶然故障期：使用维护不当或应力突然超过极限值、零件失效 等随机因素，故障率较低且稳定，接近常数； • 耗损故障期：磨损、疲劳、腐蚀、老化等，故障率递增
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断基本理论
▪ 信号分析与处理理论 ▪ 模式识别理论 ▪ 故障方程法 ▪ 预测技术
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机常用的状态监测与故障诊断技术
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航空器维修理论的发展及维修制度的变革
❖ 航空器事后维修制度
▪ 20世纪50年代以前，设备发生故障之后才进行检查 ▪ 特点：设备坏了才修，不坏不修 ▪ 目前仅仅用于对安全性影响较小的部件维修上
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第一章 故障特性与故障过程模型
❖绪 论 ❖ 第一节 故障及其分类 ❖ 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
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绪论
❖ 航空器检测与诊断技术的意义 ❖ 航空器维修理论的发展及维修制度的变革 ❖ 航空发动机状态监测与故障诊断技术 ❖ 航空器结构检查与修理技术
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航空器检测与诊断技术的意义
❖ 航空器检测、诊断与维修技术
▪ 以飞机结构的检查与修理、发动机及辅助动力装置的状态监测与故障诊 断为主要研究内容，以航空器视情维修决策为最终研究目的，从而在充 分保障航空器运营安全性的前提下，最大程度地降低维修成本以提高航 空器运营经济性的一门学科。
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航空发动机状态监测与故障诊断技术
❖ 航空发动机状态监测与故障诊断研究对象
▪ 发动机故障诊断任务： • 简易诊断：通过对发动机关键参数的监测，依据参数是否超标， 回答发动机是否出现故障 • 精密诊断：在发现发动机的监测参数超标的情况下，对监测的 参数进行分析和诊断，以达到故障定位、定性和定因的目的 • 趋势预测：通过对已知数据进行趋势分析和时间序列分析，建 立发动机时序模型，从而对未来的值进行预测
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (3)按故障产生的原因及故障特征分类
•早期故障 •通常是由于设计、制造上的缺陷等原因而产生 •多在产品磨合期内基本消除，或在产品使用初期出现
•偶然故障（随机故障） •产品由于偶然因素引起的故障 •通常预防维修无效
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
使用性后果故障 故障对使用能力有直接的不利影响 在经济上会影响到间接经济损失和直接的修理费用 在预防维修的费用低于故障的间接经济损失和直接 修理费用之和时，才采用预防维修方式
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第一节 故障及其分类
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第一节 故障及其分类
2. 故障分类 (2)按故障后果分类
安全性后果故障（危险性故障） 故障会引起对使用安全性的直接不利影响 来源： 对使用安全性有直接不利影响的功能丧失 因某种功能的丧失而导致的继发性二次损伤 预防维修或改进设计
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