內(nèi)窺技術(shù)在航空發(fā)動機探傷中的應用發(fā)展

1、內(nèi)窺技術(shù)在航空發(fā)動機探傷中的應用發(fā)展苑海涌 于領(lǐng)軍 薛英洲 陸軍航空兵學院機械工程系直升機修理教研室 北京101123摘 要 本文主要介紹內(nèi)窺技術(shù)在航空發(fā)動機探傷的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展方向,提出了航空發(fā)動機內(nèi)部損傷評估與維修決策存在的問題,并簡單介紹了基于Internet 的發(fā)動機內(nèi)部損傷遠程評估專家系統(tǒng)構(gòu)架。關(guān)鍵詞 內(nèi)窺技術(shù) 發(fā)動機維修 損傷評估 1 概述隨著遠距離圖像獲取設備的發(fā)展,遠距離可視監(jiān)測(Remote Visual Inspection, RVI 技術(shù)已發(fā)展成為一門重要的科學技術(shù),用來檢測難以進入的物體內(nèi)部區(qū)域,內(nèi)窺技術(shù)是RVI 技術(shù)的重要分支?，F(xiàn)代航空發(fā)動機的密封式結(jié)構(gòu)特點決定了內(nèi)

2、窺技術(shù)(孔探技術(shù)在其故障診斷中的重要地位。 內(nèi)窺技術(shù)的基本原理是通過光學手段將密封物體內(nèi)部的狀況傳導出來,然后對光學圖像進行評估、檢測與診斷。內(nèi)窺技術(shù)可以延長人類的視距,任意改變視線的方向,準確地觀察到物體內(nèi)表面的狀況。另外,在內(nèi)窺檢測過程中,與目標對象不發(fā)生接觸,不形成任何破壞或損傷,也不需要破解或拆開目標對象,因此它也是工業(yè)無損檢測技術(shù)(Nondestructive Testing NDT 的重要手段。 2內(nèi)窺技術(shù)在發(fā)動機探傷中的應用現(xiàn)狀 內(nèi)窺檢測具有無損、直觀和快速的性能,使得它自產(chǎn)生開始就在航空探傷領(lǐng)域有著重要的應用前景。目前,硬桿式、軟管式和電鏡在發(fā)動機內(nèi)窺檢測中都有著具體的應用范圍

3、。我國在20世紀70年代就將工業(yè)內(nèi)窺鏡作為NDT 檢測的重要儀器應用于民航飛機發(fā)動機維修中。 U n R e g i s t e r e d目前,飛機的維修方式發(fā)生了新的變化,由傳統(tǒng)的定時維修方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S修方式,該方式針對性強,但必須有適當?shù)谋O(jiān)測手段,因此從技術(shù)方面來講,采用手段發(fā)現(xiàn)飛機損傷、戰(zhàn)傷、故障隱患以及判定損傷等級是航空維修的先期工作?，F(xiàn)代飛機大多使用高涵道渦輪風扇發(fā)動機,其主要有風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪及附件系統(tǒng)組成。同時,航空發(fā)動機工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下,因此其故障多發(fā)部位也多集中在這三高狀態(tài)下的高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪中。發(fā)動機的關(guān)鍵部件如主氣流通道部件、高壓

4、壓氣機、高、低壓渦輪的各級輪盤及葉片、燃油噴嘴、燃燒室等都是不易拆卸且檢驗可達性較差的零部件,對這些零部件的檢查與監(jiān)測工作都是通過內(nèi)窺技術(shù)完成的,因此,內(nèi)窺技術(shù)一直在航空發(fā)動機的維護中發(fā)揮著重要的作用。內(nèi)窺鏡在發(fā)動機維護中具體有以下幾方面的應用。(1 定期規(guī)定的孔探檢查: 定檢通常在無故障飛機上進行,工作開始前應參照最近一次的孔探報告,并了解發(fā)動機的技術(shù)狀況,然后按工序單規(guī)定逐區(qū)域進行檢查。 (2 突發(fā)事件后的檢查: 突發(fā)事件是指發(fā)動機超穩(wěn)、喘振、發(fā)現(xiàn)異物、外來物打擊進氣道和參數(shù)異常等?？滋綑z查應在故障發(fā)生部位進行,工作前詳細了解故障原因,仔細分析由此而引起的損傷部位,并會同有關(guān)技術(shù)人員制訂工

5、作程序,確保不漏檢。 (3 故障監(jiān)控: 發(fā)動機常見缺陷可分為三類:可忽略的缺陷;不影響飛行安全的缺陷,但如缺陷發(fā)展就會危及飛行安全;超標需要換發(fā)的缺陷。在長期使用的發(fā)動機上,第二類缺陷較多,因而在換發(fā)前需要定期監(jiān)控發(fā)動機的故障狀態(tài),并根據(jù)需要控制定檢周期長短,直至超標結(jié)合以上應用,檢測出損傷后,我們一般用比較測量法、樣品葉片內(nèi)窺觀察法以及利用視頻系統(tǒng)進行比例換算確定損傷程度的大小及利用內(nèi)窺觀察孔到被觀察的實際距離和等效換算損傷程度這四種傳統(tǒng)方法評定損傷程度。 Un R e g i s t e r e d3 現(xiàn)代內(nèi)窺技術(shù)的發(fā)展方向隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,研究者們將傳統(tǒng)的內(nèi)窺技術(shù)逐步與其結(jié)合,開發(fā)出

6、許多新型的內(nèi)窺技術(shù)產(chǎn)品,它們通常是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成:硬件系統(tǒng)完成內(nèi)窺圖的采集與觀察功能;軟件系統(tǒng)完成內(nèi)窺圖像的分析、處理和測量等功能。新型內(nèi)窺系統(tǒng)都采用視頻成像,清晰度有了很大的提高,同時視距加大,內(nèi)窺探頭更小,操作靈活性提高。更重要的是它們可以進行目標區(qū)域的三維測量功能,從而對傳統(tǒng)內(nèi)窺技術(shù)的缺陷進行了改進。具體來說主要要在以下兩方面作出努力:圖1雙目立體內(nèi)窺鏡光學原理圖 3.1 硬件方面新型內(nèi)窺系統(tǒng)并沒有完全解決傳統(tǒng)內(nèi)窺技術(shù)的缺陷,因此還有待進一步的提高。內(nèi)窺技術(shù)的發(fā)展離不開光電技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展,根據(jù)資料顯示,內(nèi)窺技術(shù)有以下幾個發(fā)展方向。(1 自動化:包括兩個方面

7、,一是無線遙控式,從而避免受到傳導線長度、質(zhì)量等因素的限制,圖像通過無線方式傳送;另外一種是有線式,如采用蛇形機器人等,其主要目的在于探頭在內(nèi)部不需人為操縱,而是自動尋的,從而減少對操作人員的經(jīng)驗要求,同時避免儀器的人為損壞。目前,英國、日本和美國的一些相關(guān)機構(gòu)就內(nèi)窺機器人技術(shù)正在進行廣泛的研究,該技術(shù)在發(fā)動機維護中有著顯而易見的意義。 U n R e g i st e r e d(2立體顯示: 立體顯示的最大意義在于可以指導無損條件下的維護工作,極大的降低了維修成本。目前立體顯示研究的最新技術(shù)是美國開展的真實景深(Real-Depth 技術(shù),它不同于利用偏振光、虛擬頭盔等技術(shù),不需要任何視覺

8、的附屬顯示設備。(3 原位內(nèi)窺維修:原位內(nèi)窺維修即在不拆開的條件下,如對葉片卷刃的打磨、積炭的清理和發(fā)動機內(nèi)的小碎片的清理等。在民航現(xiàn)場維修特別是軍機快速搶修中,原位內(nèi)窺維修能極大節(jié)約時間和成本,應用價值很高。目前,韋林公司的XL Pro 系列內(nèi)窺鏡頭部分已經(jīng)附有微型機械手等設備,能夠初步完成碎片抓取等功能。3.2 軟件方面在航空公司孔探檢測的具體實際工作中,首先要進行的工作是檢查出發(fā)動機氣路關(guān)鍵部件如壓氣機葉片、渦輪葉片燃燒室等出現(xiàn)的損傷缺陷并拍照,再測量出其尺寸并與手冊、工卡給出的標準比較,判斷其嚴重程度、是否超標。判斷出是再正常檢查值內(nèi)、還是需縮短檢查的監(jiān)控值內(nèi)、或是不能再使用的超標值內(nèi)

9、(這里有兩種情況:一是超標不能使用立即換下發(fā)動機,而是經(jīng)制造廠家批準給出一個很短的允許使用時間,但在此時間內(nèi)必須換發(fā)這都要求工作者必須在較短的時間內(nèi)作出正確決斷,提供給相關(guān)部門及時而又準確地孔探信息作決策,以避免出現(xiàn)因孔探檢測得到的嚴重損傷而錯失決策時機,進而造成沒有采取正確措施致使飛機在空中被迫關(guān)停發(fā)動機。這是實際工作遇到的首要任務以及目前航空公司發(fā)動機孔探檢測工作中急需解決的難點和重點。 然而,目前航空公司發(fā)動機內(nèi)部損傷評估與維修決策尚存在以下問題。 1 依據(jù)發(fā)動機的孔探檢測部位、損傷類型及損傷尺寸需要與手冊標準進行對比來進行損傷判斷和維修決策,往往需要檢測和維修人員查閱相關(guān)手冊,目前飛機

10、維修手冊中均規(guī)定了基于孔探檢測的維修決策標準,但是查閱手冊一方面需要檢測人員對手冊的熟悉,另一方面也需要更多翻閱手冊的時間,特別是在手冊規(guī)定的標準附近,做出可靠的經(jīng)濟的維修決策往往需要歷史經(jīng)驗及眾多專家參與的綜合權(quán)衡、分析和討論,必要時甚至需要求助于制造商。這在一U n R e g i s t e r e d定程度上增加了發(fā)動機維修決策時間,甚至可能會出現(xiàn)由于沒有采取正確措施而導致發(fā)動機空中停車等嚴重故障的現(xiàn)象,以及由于提前換發(fā)而導致發(fā)動機維修成本的增加。2 目前,航空公司普遍具有飛機機群大、機種多、分布廣等特點,而具有發(fā)動機孔探檢測、損傷評估及維修決策專家不可能分布在各地,往往僅限于專門從事

11、飛機發(fā)動機維修的相關(guān)部門,這些特點使目前發(fā)動機孔探檢測面臨了典型的異地檢測、評估與決策問題。目前解決這種異地檢測、評估和決策問題的主要方法是,當進行發(fā)動機進行現(xiàn)場孔探檢測時,特別出現(xiàn)疑難問題時,往往通過傳真、電話的手段與專家進行咨詢和聯(lián)系,當實在無法解決時,還需要專家親到現(xiàn)場解決?，F(xiàn)然這種傳統(tǒng)的解決遠程問題的模式很大程度降低了工作效率,延長了飛機的停場時間,增加了飛機的運營成本。圖2 基于Internet 的發(fā)動機內(nèi)部損傷遠程評估專家系統(tǒng)構(gòu)架由此可見,目前,基于飛機維修手冊和專家親臨現(xiàn)場解決問題的發(fā)動機內(nèi)部損傷評估與維修決策方式,已經(jīng)不能滿足航空公司飛機多、機群大、分布廣的特點,而要在很短的時

12、間內(nèi)評估出發(fā)動機的內(nèi)部損傷,并快速作出維修決策。U n R e g i st e r e d這就從客觀上要求研制基于 Internet 的發(fā)動機內(nèi)部損傷評估與決策專家系統(tǒng)，在 該專家系統(tǒng)中，將飛機維修手冊整理成知識規(guī)則，固化到專家系統(tǒng)知識庫中， 并定期進行更新，同時收集歷史典型案例，構(gòu)成案例庫，作為以后針對孔探檢 測進行損傷評估和維修決策的依據(jù)。 基于 Internet 的發(fā)動機遠程評估損傷與維修決策專家系統(tǒng)可以在服務器上建 立知識庫，實現(xiàn)專家知識的增加、修改和刪除，在客戶端實現(xiàn)發(fā)動機型號、檢 測部位、損傷類型、損傷尺寸以及孔探圖像等信息的輸入。通過對遠程服務器 端知識庫的訪問進行專家推理，從

13、而得出損傷評估和維修決策。同時，遠程專 家系統(tǒng)在知識的獲取方面具有很大的優(yōu)勢，專家系統(tǒng)的求解問題能力很大程度 取決于知識庫所擁有的知識，專家系統(tǒng)應該能通過自學習不斷更新和積累知識， 在某一地方的發(fā)動機數(shù)量有限，其表現(xiàn)出的損傷狀況也十分有限，然而在不同 統(tǒng)通過從不同地方收集所有航空發(fā)動機的孔探檢測結(jié)果和評估經(jīng)驗，并利用一 定的學習方法和手段獲取專家知識添加到知識庫中，大大提高了知識獲取能力。 綜上所述，基于的發(fā)動機遠程損傷評估與維修決策專家系統(tǒng)對于提高孔探 及降低發(fā)動機的維修成本和提高飛行安全具有非常重要的實際意義和研究價值。 它將是未來基于孔探檢測的發(fā)動機內(nèi)部損傷評估與維修決策技術(shù)的發(fā)展方向。

14、 U nR 檢測的自動化、智能化，降低檢測人員勞動強度、提高檢測的速度和精度，以 1 董務江， 內(nèi)窺檢測技術(shù)在民用航空器中的應用， 無損探傷， （4）1997。 2 文修， 航空渦輪發(fā)動機工作能力的診斷與恢復， 航空工程與維修，（4） 2000。 3 于輝， 左洪福，陳果 基于立體視覺的孔探分析系統(tǒng)及其應用。南京航空大 學學報，34（3），2002。 4 陳果， 航空器檢測與診斷技術(shù)導論， 中國民航出版社，2006 12。 5 徐敏， 設備故障診斷手冊，西安交通大學出版社。 eg 參考文獻： is 4 總結(jié) te 地方的所有發(fā)動機所表現(xiàn)出的損傷特征和狀況將更加豐富。因此，遠程專家系 re d The Application And Development Of Endoscopy on Aeroengine Technology Inspection (YUAN Haiyong YU Lingjun XU Yingzhou Abstract: This paper mostly describes the application and development of endoscopy on aeroengine technology inspection, the existing problem of aeroengine Interi