【FMECA在飞机起落架系统中的应用实证探析9300字（论文）】

FMECA在飞机起落架系统中的应用实证分析目录TOC\o"1-2"\h\u168483.1FMECA方法概述 117833.1.1FMECA基本原理 1128313.1.2FMECA基本方法的类型及应用 1138833.1.3FMECA方法的相关名词术语 2309393.1.4FMECA的任务和目的 4258733.1.5FMECA分析过程 4249283.1.6FMEA方法 4210123.1.7CA方法 655703.2B737飞机前起落架系统故障统计分析 8300253.2.1故障模式统计 9212953.2.2故障数据统计分析 1039613.2.3故障模式统计分析 10139133.3B737飞机前起落架系统FMECA分析 15218733.3.1B737飞机前起落架系统FMEA分析 1520963.3.2B737飞机前起落架系统CA分析 1877633.4本章小结 213.1FMECA方法概述FMECA是对产品出现故障模式及其形成的影响进行研究，并根据其严重程度和发生概率进行分类，是一类系统性的归纳分析方法。其整体而言由两个部分构成，分别是故障模式影响分析（FMEA）和危害性分析（CA）。FMEA是CA的基础，CA是FMEA的扩展。在起落架系统维护阶段，应用FMECA对起落架系统构成的子系统、零部件等各个因素的分析，探讨系统任务时出现的各类故障和相关的影响要素，对故障模式进行风险评估。为降低故障影响严重程度、减小发生概率、提高可检测程度，提高系统使用可靠性、维修性、安全性、检测性，并针对薄弱环节进行改进及提出新的系统维护方案等提供依据。3.1.1FMECA基本原理FMECA的基本原理：是分析系统内各产品的故障模式，同时对相关的影响因素进行探究，并结合各模式的影响严重程度、检测难易程度、发生的概率进行危害分析，根据危害程度选择相关的优化和补偿措施。3.1.2FMECA基本方法的类型及应用FMECA分析方法适用和伴随产品全寿命周期，表3.1是每个阶段的应用方法。本文主要应用使用阶段FMECA方法。表3.1寿周内阶段FMECA阶段方法目的方案阶段功能FMECA对系统功能设计的不足进行研究，为系统功能设计的优化和方案的选择奠定良好的基础。研制、定型阶段设计FMECA(包含:硬件FMECA、软件FMECA等)好的基础。生产阶段过程FMECA的优化提供有价值的参考阶段方法目的使用阶段统计FMECAFMECA价值的参考。 3.1.3FMECA方法的相关名词术语根据GJB451A—2005等，对FMECA分析中常用名词术语进行解释，见表3.2。表3.2 FMECA相名术名词术语概念解释故障模式故障的现象如损伤、不上锁、裂纹等。故障原因分析阐述故障为何发生。是对导致故障模式的各类原因展开研究。直接原因多为故障机理，如磨损、老化、腐蚀等。间接原因为外部偶然因素，如人为差错、环境运输等。故障影响分析是故障模式对不同层次的影响分析，通常为对自身的影响分析，对上一层次的影响分析，对系统整体的影响分析。严酷度故障模式所产生后果的严重程度。用故障模式的最终引起系统的严重程度进行确定。故障率产品出现故障的可能性。其主要表示产品在特定时间内难以实现特定功能状态的频度。危害性分析根据发生概率及其危害程度进行综合度量。生概率。发生度某一故障原因导致故障模式发生的可能性。故障模式的发生原因多样，发生度表示某一故障原因在所有故障模式发生中的频率。检测度检测方法主要包括目视检查、传感仪器检测、BIT测试等。3.1.4FMECA的任务和目的对产品进行FMECA分析，其任务一般为：(1)在对系统原理、系统功能、部件结构等充分掌握的基础上，进行系统功能分析和绘制可靠性框图。(2)明确系统和相关零部件出现故障的具体情况。(3)对各故障出现的原因、发生的概率等级进行明确。(4)对自身及其系统的影响程度进行归纳。(5)对严酷度等级进行评估。(6)确定故障模式检查方法。(7)进行故障模式危害性排序。(8)确定薄弱环节并提出改进措施。(9)填写FMECA表格。FMECA的目的是充分了解系统及其零部件的故障模式、故障模式发生原因及影响、故障模式的危害性程度，进行风险评估，为提高系统的可靠度、提出新的维护方案提供科学依据。3.1.5FMECA分析过程FMECA的分析过程见流程图3.1。系统定义故障模式分析故障原因分析故障影响及严酷度分析故障检测方法分析设计改进措施分析使用补偿措施分析输出报告系统定义故障模式分析故障原因分析故障影响及严酷度分析故障检测方法分析设计改进措施分析使用补偿措施分析输出报告故障模式及影响分析（FMEA）危害性分析输出报告FMECAFMEA3.1.6FMEA方法

图3.1FMECA分步流程图FMEA方法实施的主要内容及实施目的、实施要点在表3.3中进行介绍：14表3.3 FMEA实内的目及点项目实施内容目的实施内容的要点故障模式分析可能发生故障模式进行分析。1.的发生可能组合。故障原因分析1.对自身因素和外部因素进行综合分析;2.区分故障模式与故障原因;3.注意相邻约定层次的关系;4.对多个故障原因应备注。影响及严酷度分析找出故障模式对产品导致的结果,并对其严酷度进行剖析1.度类别应统一定义。故障检测方法分析及时发现并确定故障。1.对检测的方法、手段、工具等的可行性进行综合分析;2.不能忽视冗余系统的检测,以保证其固有可靠性;3.根据需要，增加必要的检测点;4.需特别关注不可检测故障模式。设计改进和使用补偿措施分析关于故障模式导致结果,采取最为适用的举措以杜绝或弱化故障影响。综合各方意见,提出有效补偿措施,以保证产品的可靠性和安全。通过对FMEA过程中的主要项目的实施目的和实施要点的分析理解，最终的结果是输出FMEA报告。FMEA工作输出主要是提供FMEA报告及相关资料。常用的FMEA表格见表3.4。表3.4 FMEA析表产品功能故障模式故障原因故障影响严酷度故障检测方法设计改进措施使用补偿措施备注编号模式局部影响影响最终影响153.1.7CA方法CA分析是在FMEA分析后进行，以FMEA分析为基础。就是通过对故障模式的严酷度类别及发生概率形成的影响进行科学的分类，从而评估系统各类故障模式所造成的影响。在国内外，CA分析方法主要有风险优先数（RPN）法和危害性矩阵方法。(1)RPN方法RPN方法是通过对故障模式发生概率等级、影响严重程度等级、检测难易程度等级的预估并进行综合性影响分析，关系式为：RPN=OPR×ESR×DDR(3.1)式中OPR——发生概率等级；ESR——影响严重程度等级；DDR——检测难易程度等级。式中RPN值确定是通过对OPR、ESR、DDR的预估后的综合乘积。值的大小代表故障模式危害性大小。式中风险因素的值的确定需要根据具体的情况而定，可以参考表3.4至表3.6。1.故障模式发生概率（OPR）评分等级的评分准则见表3.5。表3.5 障式生（OPR）分级评准则OPR评分等级故障模式发生的可能性评判标准1极低p≤10-62较低10-6＜p≤10-43中等10-4＜p≤10-24高10-2＜p≤10-15非常高10-1＜p2.故障模式影响严重程度（ESR）评分等级的评分准则见表3.6。表3.6 响重度（ESR）评等的分则ESR评分等级影响严重程度评判标准5非常严重造成人员或财产重大损失4高影响任务完成，不至危机安全3中等系统功能受到负面影响2低系统性能明显降低，但系统功能能顺利实现1几乎无影响系统性能没有受到任何方面的影响3.故障模式检测难易程度（DDR）评分等级的评分准则见表3.7。表3.7 测易度（DDR）分级评准则DDR评分等级检测难易程度评判标准5无法检测现行检测设备、方案不能检测出来4高现行检测设备、方案有很小机会发现3中等现行检测设备、方案可以发现2低现行检测设备、方案有很大机会发现1直接发现现行检测设备、方案肯定能直接发现(2)危害性矩阵分析方法1.定性分析定性危害性矩阵法是根据事先所预定的故障概率等级对故障模式出现的概率展开评析。其等级划分情况见表3.8。表3.8故障模式发生概率等级划分等级发生情况定义发生概率的特征A经常高大于20%B有时中等在10%与20%之间C偶尔不经常在1%与10%之间D很少不大可能在0.1%与1%之间E极少趋近于零小于0.1%2.定量分析定量危害性矩阵分析方法是以故障模式严酷度判别结果为核心，对该严酷度下的故障模式在任务阶段内的影响概率进行预估，按给定的公式进行危害度计算。1)故障模式危害度计算故障模式危害度Cmj计算如下：C式（3.2）中：Cmj—给定严酷度类别下，第j个故障模式发生时的产品危害度；αj—第j个故障模式的频数比；βj—故障模式影响概率，通常根据经验进行定量估计。λp——产品故障出现的可能性，即故障率(1/h)；t——任务工作时间（h）表3.9 障式响率β参值方法来源GJB1391实际丧失1β的参考值很可能丧失0.1～1有可能发生0～0.1不发生02）产品危害度的计算。在特定的情况下，产品危害度Cr与各故障模式危害度Cmj存在关联。公式如下：C其中，j=1,2,…,n,n为对应的严酷度类别下的故障模式总数。3）危害性矩阵图的绘制及应用绘制危害性矩阵图是为了便于比较故障模式危害程度，指明风险大小次序，为提出措施建议，维护先后顺序提供支持。绘制危害性矩阵图(图3.2)：纵坐标为产品危害度Cr或故障模式危害度Cmj或故障模式发生概率等级（定性分析），横坐标为严酷度等级。产品危害度Cr故障模式危害度Cmj故发生率等级 PA M1B 1C 2D M2EO Ⅰ严酷度等级图3.2 害矩示图Fig.3.2 Schematicdiagramofthehazardousmatrix危害性矩阵图的应用：在图3.2中，点O为原点，线OP为对角线，点M1、M2为故障模式点，从M1、M2向OP引垂线得垂足点1、点2，M1、M2危害性的大小用O1、O2距离来衡量，距离长则危害性大。从图中O1与O2的距离比较，可以得到故障模式M1比故障模式M2的危害性大。3.2B737飞机前起落架系统故障统计分析3.2.1故障模式统计本文在进行前起落架FMECA分析之前，通过统计近几年来单位飞机前起落架系统在飞行和日常维护过程中发现的故障，本文的故障数据是进行了零部件更换或者是进行故障上报后进行了调整，在飞机履历上拥有记录。此数据仅供参考。主要是针对机械、液压部件，通过对故障数据进行整理，得到故障模式统计见表3.10。表3.10 起架统障模统表子系统名称故障频数故障频率故障模式频数收放作动筒渗油1前起落架收放子系统4346.24%起落架电磁阀回油慢2液压元件损坏15前起落架收放异常2前起落架收放子系统4346.24%液压管接头渗油20节流器堵塞1液压管磨损2前轮摆动2前轮转弯子系统99.68%上、下扭力臂固定衬套磨损1液压元件损坏5前轮偏转不到位1前起落架支柱下沉量不符144.30%支柱转轴衬套裂纹2撑杆中部连接螺栓变形1护板铰链裂纹4护板收放子系统88.60%护板裂纹1护板拉杆裂纹3轮胎磨损见线25轮胎胎面起泡1机轮及轮胎2931.18%轮毂裂纹1轮胎渗气23.2.2故障数据统计分析通过统计方法，整理计算各子系统故障在前起落架系统总故障的比重，见图3.3所示，对前起落架系统故障情况进行整体描述，从总体上对前起落架系统的故障概况进行把握，为前起落架系统维护工作和提出改进措施及制订维护方案提供参考。8.60%8.60%4.30%前起落架收放子系统护板收放子系统前轮转弯子系统机轮及轮胎9.68%46.24%31.18%图3.3 系故比图由表3.10和图3.3看出B737飞机前起落架系统各子系统的故障频率为：前起落架收放子系统（46.23%）、前轮转弯子系统（9.68%）、减震缓冲及支撑子系统（4.30%）、护板及护板收放子系统（8.60%）、机轮及轮胎子系统（31.18%）。前起落收放子系统是故障最为频发的子系统，在外场历史故障数据中主要表现为液压元件故障、液压管接头渗油、收放工作不正常。机轮及轮胎子系统主要表现为机轮轮胎的磨损见线、轮毂裂纹。因此要加强故障频发部位的日常维护，特别注意液压管的密封性检查，液压元件检查，对机轮轮胎磨损见线后应及时进行轮胎更换。3.2.3故障模式统计分析（1）故障模式整体分析根据统计表3.10，对故障模式进行整理，得到整个系统的故障模式频率统计概况并进行排序，排序结果见表3.11。表B737飞前架系故模统排表故障模式故障模式频数故障频率磨损2830.11%渗油2122.58%液压元器件件损坏2021.51%裂纹1111.83%回油慢22.15%收放异常22.15%摆动22.15%渗气22.15%变形11.08%下沉量不符11.08%堵塞11.08%不到位11.08%起泡11.08%从前起落架故障模式统计排序表3.11和前起落架故障模式直方图3.4中可以看出，磨损、渗油、液压元件损坏、裂纹占主要比率，在外场的历史故障数据“磨损”主要表现为：由于飞机起降频繁，机轮轮胎正常磨损，活动部件的磨损。“渗油”主要表现为液压管路接头疲劳破裂或管接头不密封造成渗漏液压油。“液压元件损坏”主要表现为液压元件故障、液压活门内部胶圈老化。裂纹主要表现机件应力疲劳。图3.4 障式数图（2）前起落架收放子系统故障模式统计分析表3.12 起架放系统障式计表故障模式故障模式频数故障模式频率收放作动筒渗油12.33%起落架电磁阀回油慢24.65%液压元件损坏1534.88%起落架收放异常24.65%液压管接头渗油2046.51%节流器堵塞12.33%液压管磨损24.65%从表3.12和图3.5中的数据分析中获得，前起落架收放子系统频发的故障模式为“液压元件损坏”、“渗油”。在外场历史故障数据统计中“液压元件损坏”主要表现为液压活门故障，液压活门不密封及功能丧失；“渗油”主要表现为液压管路接头渗漏液压油。虽然节流器的堵塞只有一次，但引起了严重的故障后果，主要原因为液压油受到污染造成节流器堵塞，因此在日常维护中必须做好油液防污染工作。收放作动筒渗油收放作动筒渗油起落架电磁阀回油慢液压元件损坏起落架收放异常液压管接头渗油节流器堵塞4.65%46.51%34.88%2.33%4.65%4.65%2.33%图3.5 起收子故障式率图（3）前轮转弯子系统故障模式统计分析表3.13 轮弯系故障式计表故障模式故障模式频数故障模式频率前轮摆动222.22%上、下扭力臂固定衬套磨损111.11%液压元件损坏555.56%前轮偏转不到位111.11%从表3.13和图3.6中可以看出，前轮转弯子系统频发故障为“液压元件损坏”、“前轮摆动”。在外场历史故障数据中，“液压元件损坏”主要表现为液压元件故障，如组合液压阀故障，“前轮摆动”主要表现为前轮操纵器故障，造成飞机前轮的摆动。液压元件损坏液压元件损坏前轮偏转不到位11.11%55.56%前轮摆动上、下扭力臂固定衬套磨损22.22%11.11%图3.6 轮弯系障模频图（4）减震缓冲及支撑子系统故障模式统计分析表3.14 震冲支子系故模频表故障模式故障模式频数故障模式频率前起落架支柱下沉量不符125.00%支柱转轴衬套裂纹250.00%撑杆中部连接螺栓变形125.00%从表3.14和图3.7可以看出，在外场历史故障统计数据中减震缓冲子系统发生故障模式为“前起落架支柱下沉量不符”、“支柱转轴衬套裂纹”、“撑杆中部连接螺栓变形”。“下沉量不符”主要表现为在日常的维护工作中支柱内筒氮气压力定期检测时，氮气充气嘴漏气，人为差错和充氮工具的简陋，经过对充氮工具的改进，得到改善；前轮胎的左右压力不平衡。“支柱转轴衬套裂纹”主要表现受到应力集中，造成裂纹，“撑杆中部连接螺栓变形”表现为连接上下撑杆的螺栓受到应力发生形变、受到折叠造成转动扭矩过大而形变。25.00%25.00% 25.00%前起落架支柱下沉量不符支柱转轴衬套裂纹撑杆中部连接螺栓变形50.00%图3.7 震冲支系统障式率图（5）护板及护板收放子系统故障模式统计分析表3.15 板护收子系故模统表故障模式故障模式频数故障模式频率护板铰链裂纹450.00%护板裂纹112.50%护板拉杆裂纹337.50%从表3.15和图3.8中可以看出，护板及护板收放子系统发生故障模式为“裂纹”，在外场历史统计故障数据中主要表现为护板裂纹、护板铰链裂纹、护板拉杆裂纹，主要由于应力疲劳，机件设计缺陷。37.50%37.50%50.00%护板铰链裂纹护板裂纹护板拉杆裂纹12.50%图3.8 板护收系统障式率图（6）机轮及轮胎故障模式统计分析表3.16 轮轮故模式计表故障模式故障模式频数故障模式频率轮胎磨损见线2586.21%轮胎胎面起泡13.45%轮毂裂纹13.45%轮胎渗气26.90%从表3.16和图3.9看出，机轮及轮胎子系统频发的故障模式为“磨损”“裂纹”“渗气”，其中“磨损”占主体。在外场历史统计数据中，故障模式“磨损”主要表现为轮胎磨损见线，主要是轮胎滚动与地面摩擦引起耗损，应加强对轮胎的检查，保持轮胎压力在正常范围，磨损到帘线层后应进行更换，另外加强道面清扫，清除道面多余物。“裂纹”主要表现为轮毂裂纹，在日常的维护中应定期对轮毂进行附件探伤。“渗气”主要表现为密封胶圈损坏，充气嘴不密封。每次进行轮胎压力检验后必须进行密封性检查，防止渗气。轮毂裂纹轮毂裂纹轮胎渗气86.21%轮胎磨损见线轮胎胎面起泡6.90%3.45%3.45%图3.9 轮轮故式频图3.3B737飞机前起落架系统FMECA分析根据FMECA方法分析步骤流程图（图3.1）的步骤，在3.2节历史故障数据统计分析的基础上对B737飞机前起落架系统进行FMECA分析，首先进行FMEA分析,然后进行CA分析。3.3.1B737飞机前起落架系统FMEA分析前起落架系统FMEA分析步骤如下：（1）系统定义前起落架系统的功用：保证飞机着陆起飞，着陆时保持飞机平稳触地，地面滑行进行前轮转弯，飞机停放时进行有效支撑。系统组成：收放子系统、减震缓冲及支撑子系统、前轮转弯子系统、护板收放子系统、机轮及轮胎子系统等。（2）分析规则1.约定层次：初始约定层次：B737飞机；约定层次：前起落架系统；最低约定层次：前起落架系统外场可更换最低单元（LRU）。2.严酷度类别定义进行FMEA分析前应对故障模式严酷度类别定义，严酷度类别定义见表3.17。表3.17 酷类定义严酷度类别严重程度定义Ⅰ类（灾难的）危及人员或飞机安全（如一等、二等飞行事故及重大环境损害）Ⅱ类（致命的）人员损伤或飞机部分损坏（如三等飞行事故及严重环境损害）Ⅲ类（中等的）影响任务完成，任务降级，如（事故征候）Ⅳ类（轻度的）对人员或任务无影响或影响很小，增加非计划性维护或修理3.信息来源：外场历史故障数据统计。4.故障判据：B737飞机维护规程；规定的性能参数下降；零部件裂纹、破损等引起非计划性维修。（4）FMEA工作报告通过收集外场历史故障数据，对每个子系统的故障模式进行整理，按照上述图3.1的FMEA的分析过程，对FMEA的实施项目进行分析，输出FMEA报告见表3.18，为保障飞机飞行质量提供参考。表3.18 机起架统FMEA表名称故障模式故障原因局部影响最终影响检测方法外场补偿措施严酷度编号故障模式前起落架收放子系统0101收放作动筒渗油密封装置磨损功能下降飞机起落架收放性能降低功能检查；目视检查更收放作动筒Ⅳ0102起落架电磁阀回油慢回油活门卡滞功能下降影响任务完成通电检查；收放检查磁阀Ⅲ0103液压元件损坏应急活门故障；单向活门；协调活门故障功能丧失影响任务完成功能检查更换故障件Ⅲ0104前起落架收放异常收放作动筒故障；液压元件故障；起落架收放功能下降，伤飞机功能检查；目视检查；BIT检测更换故障件Ⅱ表3.18 续名称故障模式故障原因局部影响最终影响检测方法外场补偿措施严酷度编号故障模式前起落架收放子系统0105液压管接头渗油配合液压油流出轻度的目视检查更换液压管Ⅳ0106节流器堵塞油液污染；内部磨损，管路有金属屑功能下降影响飞机起落架收放功能检查清洗Ⅲ0107液压管磨损导管之间间隙不足可能导致导管磨破轻度的目视检查管间件Ⅳ0201前轮摆动前轮转弯操纵作动器故障前轮转弯功能下降降低飞机转弯功能功能检查；目视检查；BIT检测更换故障件Ⅱ前轮转弯子系统0202应力磨损固定功能下降降低飞机转弯功能目视检查行润滑Ⅳ0203液压元件损坏动态补偿器故障；组合液压阀故障功能下降功能检查；目视检查更换故障件Ⅲ0204前轮偏转不到位前轮操纵作动器活塞杆行程不符功能下降影响飞机前轮转弯功能检查；目视检查；BIT检测更换前Ⅳ减震缓冲0301前起落架支柱下沉量不符影响起落架缓冲伤地面检查；目视检测封装压力Ⅱ及支0302支柱转轴衬套裂纹应力冲击；制造缺陷支撑功能下降飞机缓冲及支撑功能下降，影响着陆功能检查；目视检查；附件探伤更换衬套Ⅳ撑杆中部起落架收放、功能检查；调整撑0303连接螺栓应力形变功能下降承载功能下目视检查杆、更Ⅲ变形降，影响着陆换螺栓表3.18 续名称故障模式故障原因局部影响最终影响检测方法外场补偿措施严酷度编号故障模式护板收放子系统0401护板铰链裂纹应力疲劳故障征候轻度的目视检查；附件探伤视裂纹情况更换Ⅳ0402护板裂纹应力疲劳故障征候轻度的目视检查；附件探伤端打情更换Ⅳ0403护板拉杆裂纹应力疲劳故障征候轻度的目视检查；附件探伤更换护板拉杆Ⅳ机轮及轮胎0501轮胎磨损见线磨损；降落速度过大功能下降影响飞机着陆及地面运动目视检查更换轮胎Ⅳ0502轮胎胎面起泡制造缺陷；储存不良功能下降轻度的目视检查更换轮胎Ⅳ0503轮毂裂纹疲劳应力、过载功能下降影响飞机着陆及地面运动目视检查；附件探伤更换轮毂Ⅱ0504轮胎渗气充气嘴不密封;密封胶圈损坏功能下降影响飞机着陆及地面运动功能检查；目视检查更换密封胶圈Ⅲ3.3.2B737飞机前起落架系统CA分析本节采用危害性矩阵法，根据3.1.7节的定量危害性矩阵分析方法和外场故障模式统计数据，在FMEA的基础上进行CA分析并进行CA分析表的填写，其中在外场历史故障数据统计中总的累计工作时间约为10786小时，假定任务时间1小时。计算结果见表3.19。并进行危害性矩阵图绘制见图3.10。表3.19 机起架统CA分表名称故障模式故障率来源故障模式危害度Cmj子系统危害度Cr编号故障模式αjβjλpCmj=αjβjλpt前起落架收放子系统0101收放作动筒渗油统计0.023310.0039866499.2889E-050102起落架电磁阀回油慢统计0.04650.59.2690E-050103液压元件损坏统计0.34880.56.9527E-040104前起落架收放异常统计0.04650.11.8538E-050105液压管接头渗油统计0.465111.8542E-030106节流器堵塞统计0.02330.87.4311E-050107液压管磨损统计0.046511.8538E-04前轮转弯子系统0201前轮摆动统计0.22220.10.0008344151.8541E-050202上、下扭力臂固定衬套磨损统计0.111119.2704E-050203液压元件损坏统计0.55560.52.3180E-040204前轮偏转不到位统计0.111119.2704E-05系统0301前起落架支柱下沉量不符统计0.25000.10.0007417029.2713E-060302支柱转轴衬套裂纹统计0.500011.8543E-040303撑杆