航空器检测与诊断技术导论(第3版)

第1章 绪论

1．1 航空器检测与诊断技术的意义

1．2 航空器维修理论的发展及维修制度的□革

1．2．1 航空器事后维修制度

1．2．2 航空器定时维修制度

1．2．3 航空器视情维修制度

1．3 航空发动机状态监测与故障诊断技术

1．3．1 航空发动机状态监测与故障诊断基本理论

1．3．2 航空发动机状态监测与故障诊断系统

1．3．3 航空发动机常用的状态监测与故障诊断技术

1．3．4 航空发动机检测与诊断技术应用——罗·罗公司T900系列发动机的EHMS

1．4 航空器结构检查与修理技术

1．4．1 航空器结构检查与维修目标

1．4．2 航空器设计服役目标与经济使用寿命

1．4．3 航空器结构检查技术

1．4．4 飞机结构检测技术应用——美国F- 35飞机PHM系统

复习题

参考文献

第2章 故障信号分析与处理

2．1 信号概念与分类

2．1．1 信号的概念

2．1．2 信号的分类

2．2 信号的时域分析

2．2．1 幅值域

2．2．2 时差域

2．2．3 平稳随机过程

2．2．4 各态历经随机过程

2．2．5 信号时域分析诊断实例

2．3 信号的频域分析

2．3．1 冲激函数与卷积

2．3．2 傅里叶级数

2．3．3 傅里叶□换

2．4 数字信号分析与处理

2．4．1 数字信号处理系统

2．4．2 数字信号处理优点

2．4．3 数字信号处理的发展□□

2．4．4 离散傅里叶□换

2．4．5 快速傅里叶□换

2．4．6 基于快速傅里叶□换的各种运算公式

2．4．7 实例分析

2．5 数字图像分析与处理

2．5．1 数字图像的基本概念

2．5．2 图像预处理

2．5．3 图像边沿检测

2．5．4 图像分割

2．5．5 图像目标特征提取与参数计算

复习题

参考文献

第3章 故障识别理论及方法

3．1 贝叶斯分类法

3．1．1 条件概率

3．1．2 全概率公式

3．1．3 □□错误率的贝叶斯决策规则

3．2 距离函数分类法

3．2．1 空间距离（几何距离）函数

3．2．2 k-近邻算法

3．2．3 在故障诊断中应用距离函数时应注意的问题

3．3 模糊诊断法

3．3．1 隶属函数

3．3．2 模糊矢量

3．3．3 模糊关系

3．4 灰色理论诊断法

3．4．1 灰色预测法

3．4．2 灰色关联度分析

3．5 神经网络诊断法

3．5．1 人工神经网络的拓扑结构及学习规则

3．5．2 多层前向神经网络模型及BP算法

3．6 专家系统诊断法

3．6．1 专家系统简介

3．6．2 规则专家系统诊断原理

……

第5章 航空发动机磨损状态监测与诊断

第6章 航空发动机的孔探检测技术

第7章 航空器结构检查的无损检测技术

第8章 航空器渗漏检测技术

第1章绪论

1.1航空器检测与诊断技术的意义

随着航空业发展，以现代飞机为代表的高性能新型航空器被大量设计、制造和使用，由于高速、高温、高压和重载等因素，导致现代航空器出现了大量结构破坏、动力装置故障等问题。

据全世界飞机失事的统计数据来看，有10%以上的严重事故被证实是源于飞机本身的原因。据统计，20世纪末到21世纪初飞行安全状况如表1-1所列。日航B747SR飞机于1985年8月12日坠毁在群马县上野村山坡上。机组人员和乘客共计524人，死亡520人，重伤4人。事后调查事故的主要原因是，因对该机后部承压隔板发生的故障修理不当而导致连接部强度下降，最终在交变载荷下产生疲劳裂纹所致。1994年5月3日，美国联合航空公司一架B737班机从科罗拉多州的丹佛机场飞往该州斯普林斯机场，在接近斯普林斯机场时，机体逐渐向右倾斜，且机头朝下几乎成垂直状态坠毁，飞机严重受损，机组人员及乘客25人全部丧生，造成事故的原因是飞机的方向舵操纵失灵。1995年3月31日，罗马尼亚航空公司一架A310飞机，从布加勒斯特奥托佩尼国际机场起飞后不久坠毁，机上机组人员和乘客60人全部遇难，事后调查事故的原因是发动机自动油门系统故障和驾驶员反应迟缓。

为了避免发生重大事故，提高航空器的运用效率，改进航空器的设计，必须对航空器所出现的故障及时进行检测和诊断，发现故障的原因和部位，并进行适时维修。航空器检测与诊断技术是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用安全性的前提下，最大限度地降低维修成本以提高航空器运用经济性的一门学科。由此可见，随着航空器技术装备的日益复杂和规模的扩大，航空器检测与诊断技术将对航空器的使用安全性、有效性和经济性产生越来越大的影响。

现代航空器对可靠性、安全性、保障性和经济性提出了越来越高的要求，观念正在发生重大转变，从传统的对故障和异常事件的被动反应，到主动预防，再到综合管理，即实现故障诊

断、预测和健康管理PHM(Prognosis and Health Mangement)。因此，不仅需要实现故障诊断，而且需要在故障产生的早期进行检测，并对其发展趋势进行跟踪和预测，最后，根据诊断/预测信息、可用资源和使用需求做出维修决策，实现健康管理。航空器检测与诊断技术是目前航空器故障诊断、预测和健康管理（PHM）技术的关键和核心，是伴随航空器维修理论的发展和维修制度的变革而产生和发展的。

1.2航空器维修理论的发展及维修制度的变革

1.2.1航空器事后维修制度

事后维修就是在设备发生故障之后才进行检查，它运用于20世纪50年代以前的航空维修制度。这一时代的飞机制造者就是驾驶员，同时也是维修人员。它的特点是设备坏了才修，不坏不修。然而，这种维修制度随着航空器的结构复杂性的提高和安全性的要求增加，逐渐被淘汰了，目前仅仅用于对安全性影响较小的部件维修上。

1.2.2航空器定时维修制度

航空器的定时维修就是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。它的理论基础就是著名的浴盆曲线规律。浴盆曲线反映了故障率随时间的变化关系。

图1-1所示为经典的浴盆曲线，从曲线上可以看出三个区域：早期故障期、偶然故障期及耗损故障期。

在早期故障期，由于制造中存在着零件缺陷和工艺不当，产品早期显示了较高的故障率。在偶然故障期，故障率较低且稳定，接近常数，即出现随机故障，故障的原因一般是由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造成的。显然，对于偶然故障，通过定期拆修或更换的办法是不能防止的。在耗损故障期，产品的故障率开始随时间的增长而迅速增加，表现出故障集中出现的趋势。这主要是由磨损、疲劳、腐蚀、老化及其他耗损因素引起的。故障率递增是耗损故障期的特点。对于耗损故障，预防更换是起作用的。

然而，维修理论和维修实践的发展证明，浴盆曲线所揭示出来的故障规律，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，其适用范围十分有限。

20世纪60年代，美国联合航空公司在维修改革的论证与研究中曾经绘制了许多产品的故障率曲线，发现了航空机件的故障曲线有6种基本形式，如图1-2所示。其中6%（见图1-2（a）……

本书建立了航空器检测与诊断技术的完整理论体系和框架，全面介绍航空器的常用的检测与诊断方法。力求突出航空和民航特色，内容做到全面详实，强调理论并突出应用。在理论方面，对在航空器检测与诊断技术中所要涉及到的信号分析、图像处理、模式识别、人工智能等传统的和先进的理论知识均进行了较为详细的阐述。在检测和诊断技术方面，本教材覆盖航空器检测与诊断的许多重要方法，包括航空发动机的整机系统振动诊断、磨损状态诊断、孔探检测、无损探伤、渗漏检测技术。同时本书安排了详细的航空器检测与诊断案例，使理论充分联系实际。