飞机残骸与机械失效分析

作者简介:赵道文(1963—),男,安徽潜山人,空军第一航空学院讲师,研究方向:飞机液压传动与控制的教学及研究。收稿日期:2006-07-01

飞机残骸与机械失效分析

赵道文

(空军第一航空学院,河南信阳　464000)

摘要:主要介绍了从飞机残骸获取失效信息的方法及注意事项,并就飞行事故的机械失效分析方法做出了进一步的探讨。

关键词:残骸;失效分析;肇事失效件

中图分类号:TG115 文献标识码:A 文章编号:1672-545X(2006)03-0078-02

从某种意义上说,一部航空史就是人类不断地与事故和故障作斗争的历史,也就是航空各有关专业和部门不断地汲取事故、故障教训,积极发展科学技术,从而迫使事故率不断下降的历史。影响飞行安全的因素很多,而且这些因素相互关联、互相影响。飞行直接由飞行员、飞机和飞行环境三方面构成,这三方面既相互独立,又相互影响、相互作用,飞行事故失效的情况千变方化,充分认识航空活动,事故及故障调查工作的特点和规律,才有可能客观、全面、深入开展调查分析工作,高效准确地查明事故故障的原因,进而避免同类事故、故障的再次发生。

1　飞机残骸与失效信息

从飞机残骸获取失效信息是失效分析的第一步,它是整个失效分析工作的基础,也是逻辑推理的必要前提。一般以机械失效现场为出发点,细致、客观、全面、系统地观察收集失效对象、失效现象、失效环境等现场失效信息以获取真实可靠的感性材料。不仅要保护好现场,而且要利用一切可能的手段和方式记录现场失效信息。对飞机残骸进行检查与分析,初步查清或尽可能查清下列问题:

1.1　飞机接地状态的判断

通过对飞机接地瞬间飞行状态的判断,推断飞机在空中的动态、运动轨迹、飞行员的意图,特别是在没有飞参、没有报告、没有雷达标图的情况下尤为突出。飞机接地、接水前瞬间的飞行状态主要通过飞机的俯仰角、航迹角、接地角、坡度、航向、飞行速度、升降速度等参数来描述。飞机以大速度、大接地角(50°～80°)坠地时,残骸大部分在坠地坑中,重量比较大的发动机等残骸在坑的底层。飞机以大速度、小接地角坠地时,残骸呈带状或扇形散布在接地坑的前方。有的残骸甚至向前飞越山丘,比重大的残骸在最前方,接地点附近残骸很少。飞机以小速度、小接地角坠地时,残骸从第一接地点起,沿航迹呈带状散布。主残骸坑周围散布的残骸离坑较近,

都在几米到几十米以内。

1.2　发动机工作状态的判断

发动机是飞机的动力装置,飞行中如果发动机不能正常工作或者空中停车,飞机失去动力是非常危险的情况。如果条件不允许空中开车、迫降或飞行员处置失当,则很有可能导致事故的发生。可见,发动机故障导致事故比例非常高。每次事故调查,都要对发动机残骸进行检查和分析,判断发动机工作状态。如果发动机状态与使用需求不对应或空中已经停车,还要进一步检查分析其故障和停车的原因。

1.3　飞机操纵系统是否正常

飞机操纵系统的工作直接影响飞机安全性。因此,每一起飞行事故,调查人员首先要判明飞机是否操纵失灵,如果是,要进一步对操纵系统残骸进行检查分析,判明故障所在和故障原因。飞机操纵失灵,是指由于操纵系统本身发生故障、飞机气动外形被破坏等机械原因,导致的飞机失去操纵。

但这类事故与飞行员昏迷、错觉或操纵错误等原因造成的事故不容易区分,因此,首先必须对飞机操纵系统残骸进行认真细致的分析,判明飞机操纵系统是否失灵。

1.4　飞机是否空中失火、是否空中解体

在调查研究飞机失火事故时,首先要判断是空中失火还是坠毁起火。飞行中飞机失火,残骸往往还受飞机坠毁后地面起火的影响,而地面起火有时会毁掉飞行中失火的证据。

这就给判断和分析带来一定复杂性。但是,只要我们运用分析飞机空中失火事故残骸特征的方法,将调查的各种信息加以分析,足以得出正确结论。飞机在空中解体,即使在高空,附近的地面人员一般能听到结构件(机翼大梁、涡轮轴、涡轮盘、压气机盘等)破坏瞬间发出的响声;或看到飞机在空中分成两部分,或看到从飞机上往下掉东西。如果在飞机接地点的后方找到结构件残骸(包括蒙皮、桁条等),则飞机可能是空中解体。但是,如果在大接地角接地的情况下,坠地点后方有残骸,则需要分析这些残骸是坠地后甩出的还是从空中落

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地的,必要时进行残骸轨迹计算来验证。如地面无目击者,接地点后方也未发现残骸,此时只要从接地点前方、主坑内和周围找到的残骸能说明飞机接地时机翼、尾翼、舵面等部件都在飞机上,就可以初步判断不是空中解体。

2　机械故障失效分析

2.1　确定肇事件的失效模式

对现场进行初步归纳整理后,根据事故发生的过程和现象,结合相关系统和设备的工作原理,按照一定的逻辑分析方法,提出可能的一个或几个肇事件。观察和分析肇事失效件的失效信息,例如失效的具体部位、各种痕迹(包括原始加工缺陷)、结构的完整性即整体完整性(变形、失稳、断裂、破碎等)、表面的完整性、各种性能的变化等等。还要观察相关失效件上的有关失效债息以及所处的具体失效小环境,把失效事件的各个部分或因素结合成为一个整体,加以考察。在此基础上可以初步判断肇事失效件的失效模式的主要类型。判断肇事件的失效模式,实际上也是种类认定工作,即“失效模式认定”。它是以客体的种类特征为基础的,同种或同类失效模式都是个集合概念,是把种或类相同的客体物(失效事件)的特征综合起来,从而据以判定其为这一种或另一类失效模式的依据。这实际上是一种更大范围的类比推理。2.2　查找失效的原因

在确定失效模式的基础上,查找失效的原因就有了明确的方向和范围。一般不外乎从以下几个方面着手:一是肇事件自身的内因;二是相关失效件的影响;三是所处的环境(主要是指力学环境、介质环境和温度环境);四是其它异常因素(如辐射、雷击、静电、漏电、误操作、人为破坏等等)。

但是应当强调指出,失效件是最具某一失效特征或者失效最重的部位(点或面或局部体积),如磨损最重处、断裂源、腐蚀最深处,热变色所示最高温区域、变形最严重处等等,是我们查找失效原因关键的部位。磨损最重处往往磨损痕迹最典型、最丰富;腐蚀最深处往往腐蚀产物最多;而断裂源不仅指示裂纹扩展的方向,确定裂纹深度或长度也离不开它,断裂源往往还存在着各种宏观、微观的缺陷(包括制造或维修时造成的),并且可能留下较明显的环境介质痕迹。总之,要从结构特征、表面加工痕迹、环境作用痕迹等方面加以综合考证。第二个关键的部位,即失效件上失效区与尚未失效区的交界或者两种模式失效区的交界处。它们不仅指示了失效的终点部位,确定失效的范围离不开它,而且交界的两侧往往宏观特征和微观结构都有明显差别,这对最终确认失效模式和比较分析失效原因都大有好处,它往往可以免去我们做某些模拟试验带来的一些麻烦。

失效分析进行到这一关键阶段,也是难度最大、工作量最多的阶段,这时可能要进行以下工作:破坏性的取样;各种微观分析;非标准的测试、检验。

为证实或排除某些可能的失效原因,应精心地设计检验和试验方案。一般采取以下原则:先易后难;由表及里(先分析表面及表面层,再分析内部);从低倍到高倍(先做宏观分析,再做微观分析);按形貌→成分→性能→结构的顺序开展分析工作。

2.3　综合性分析

经过上述工作,占有了大量失效信息,明确了肇事失效件,肯定了失效模式,也找到了有关失效的种种原因。在此基础上,可以也必需进行综合性的,或者说是系统性的分析。在分析失效原因时常常出现主要原因和次要原因的提法。如果只有一个原因,也就不必分主次;如果只有两个原因,主次也还好区分;只要一涉及三个或多个可能的原因时,就很难用定量的概念来描述原因的主次。有时采用内因(过程变化的依据)和外因(过程变化的条件)的提法比较可行,这时内因和外因都是必要的条件。

机械失效过程是一个有序的、不可逆的、累积损伤过程,任何机械失效过程都是有条件(原因)的,并且过程的发展与原因的变化几乎是同步的。一起机械失效事件的发生,都是由若干(或一系列)环节事件(原因)组合相继失效造成的,如果其中一个环节事件不失败,失效就不会发生。

通过对失效过程及其原因的规律性认识,看来没有必要纠缠于失效原因的主次之分,关键是要抓住其真正对机械失效起作用的各种相关原因。

经过上面从特殊到一般,又从一般到特殊这两个方面的认识过程,也就会得到对失效事件有一整体的而不是局部的、全面的而不是片面的、系统的而不是零碎的认识,这时得出结论也就顺理成章。

2.4　总结报告

航空界有一句名言:“航空事故是对可靠性和安全性的最终试验”。这种不幸的“试验”既然已经做了,我们就有责任把它的“试验数据”整理出来,使它成为后人的财富。对某一机械失效事件的失效分析工作进行总结,是整个失效分析工作的重要组成部分之一,它排在失效分析的最后一个程序但其重要性不可低估。总结时要对整个失效分析过程回顾和展望,它不仅从总体上审视失效分析全过程,以便发现弥补不足之处,而且要回答失效分析所赋予的使命,最终还要以失效分析报告的形式作为失效分析的成果,长期发挥广泛的重要作用。失效分析的最终目的是防止失效的再发生,因此失效分析人员应在报告中提出中肯的预防再失效的建议,并及时反馈给各有关部门,至于采取优化的相应措施则是设计、制造、维修、使用、研究和管理部门共同努力的结果。

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《装备制造技术》　2006年第3期　

降低液压油的润滑性能,加速部件的磨损,水还会造成控制阀的阀杆发生粘结,使控制阀操纵困难划伤密封件,造成泄漏。

2.3.4　零件损伤。密封件是由耐油橡胶等材料制成,由于长时间的使用发生老化、龟裂、损伤等都会引起系统泄漏。如果零件在工作过程中受碰撞而损伤,会划伤密封元件,从而造成泄漏。

3　泄漏的主要防治对策

造成工程机械液压系统的泄漏的因素是多方面综合影响的结果,以现有的技术和材料,要想从根本上消除液压系统的泄漏是很难做到的。只有从以上影响液压系统泄漏因素出发,采取合理的措施尽量减少液压系统泄漏。在设计和加工环节中要充分考虑影响泄漏的重要因素密封沟槽的设计和加工。另外,密封件的选择也是非常重要的,如果不在最初全面考虑泄漏的影响因素,将会给以后的生产中带来无法估量的损失。选择正确的装配和修理方法,借鉴以往的经验。如,在密封圈的装配中尽量采用专用工具、并且在密封圈上涂一些润滑脂。在液压油的污染控制上,要从污染的源头入手,加强污染源的控制,还要采取有效的过滤措施和定期的油液质量检查。为有效的切断外界因素(水、尘埃、颗粒等)对液压油缸的污染,可加一些防护措施等。总之,对泄漏的防治要从全面入手,综合考虑才能行之有效。

参考文献:

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压与气动,2001,(8).

Probing into the Leakage Reason and Countermeasure

for Hydraulic System of Engineering Machine

REN Zai-qing

(Fir st Aeronautical College of Air Force,Xinyang,Henan464000,China)

Abstr act:In this paper,the influencing factors of leakiness are analyzed according to the design, manufacture,assembly and oil pollution of hydraulic system of engineering machine,etc.,and some ways and measures are put for war d,which aim at r educing leakiness effectively.

Key wor ds:hydraulic technology;hydr aulic system;leak

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Analysis of Aircraft Debris and Mechanical Failure

ZHAO Dao-wen

(Fir st Aeronautical College of Air Force,Xinyang,Henan464000)

Abstr act:Chiefly introduces the methods of getting fault informations from aircraft debris and matter s which need attention,and further pr obes into the analysis methods of mechanical failure in air accident. Key wor ds:debris;failure analysis;failure parts

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