內(nèi)窺技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)探傷中的應(yīng)用發(fā)展

1、內(nèi)窺技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)探傷中的應(yīng)用發(fā)展苑海涌 于領(lǐng)軍 薛英洲 陸軍航空兵學(xué)院機(jī)械工程系直升機(jī)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(dòng)機(jī)探傷的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展方向,提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷評(píng)估與維修決策存在的問題,并簡(jiǎn)單介紹了基于Internet 的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷遠(yuǎn)程評(píng)估專家系統(tǒng)構(gòu)架。關(guān)鍵詞 內(nèi)窺技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)維修 損傷評(píng)估 1 概述隨著遠(yuǎn)距離圖像獲取設(shè)備的發(fā)展,遠(yuǎn)距離可視監(jiān)測(cè)(Remote Visual Inspection, RVI 技術(shù)已發(fā)展成為一門重要的科學(xué)技術(shù),用來檢測(cè)難以進(jìn)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。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的密封式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(xué)手段將密封物體內(nèi)部的狀況傳導(dǎo)出來,然后對(duì)光學(xué)圖像進(jìn)行評(píng)估、檢測(cè)與診斷。內(nèi)窺技術(shù)可以延長(zhǎng)人類的視距,任意改變視線的方向,準(zhǔn)確地觀察到物體內(nèi)表面的狀況。另外,在內(nèi)窺檢測(cè)過程中,與目標(biāo)對(duì)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(biāo)對(duì)象,因此它也是工業(yè)無損檢測(cè)技術(shù)(Nondestructive Testing NDT 的重要手段。 2內(nèi)窺技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)探傷中的應(yīng)用現(xiàn)狀 內(nèi)窺檢測(cè)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(yīng)用前景。目前,硬桿式、軟管式和電鏡在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)窺檢測(cè)中都有著具體的應(yīng)用范圍

3、。我國(guó)在20世紀(jì)70年代就將工業(yè)內(nèi)窺鏡作為NDT 檢測(cè)的重要儀器應(yīng)用于民航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)維修中。 U n R e g i s t e r e d目前,飛機(jī)的維修方式發(fā)生了新的變化,由傳統(tǒng)的定時(shí)維修方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S修方式,該方式針對(duì)性強(qiáng),但必須有適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)手段,因此從技術(shù)方面來講,采用手段發(fā)現(xiàn)飛機(jī)損傷、戰(zhàn)傷、故障隱患以及判定損傷等級(jí)是航空維修的先期工作。現(xiàn)代飛機(jī)大多使用高涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī),其主要有風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪及附件系統(tǒng)組成。同時(shí),航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)、燃燒室和高壓渦輪中。發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件如主氣流通道部件、高壓

4、壓氣機(jī)、高、低壓渦輪的各級(jí)輪盤及葉片、燃油噴嘴、燃燒室等都是不易拆卸且檢驗(yàn)可達(dá)性較差的零部件,對(duì)這些零部件的檢查與監(jiān)測(cè)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(dòng)機(jī)的維護(hù)中發(fā)揮著重要的作用。內(nèi)窺鏡在發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)中具體有以下幾方面的應(yīng)用。(1 定期規(guī)定的孔探檢查: 定檢通常在無故障飛機(jī)上進(jìn)行,工作開始前應(yīng)參照最近一次的孔探報(bào)告,并了解發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況,然后按工序單規(guī)定逐區(qū)域進(jìn)行檢查。 (2 突發(fā)事件后的檢查: 突發(fā)事件是指發(fā)動(dòng)機(jī)超穩(wěn)、喘振、發(fā)現(xiàn)異物、外來物打擊進(jìn)氣道和參數(shù)異常等。孔探檢查應(yīng)在故障發(fā)生部位進(jìn)行,工作前詳細(xì)了解故障原因,仔細(xì)分析由此而引起的損傷部位,并會(huì)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(dòng)機(jī)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(huì)危及飛行安全;超標(biāo)需要換發(fā)的缺陷。在長(zhǎng)期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的故障狀態(tài),并根據(jù)需要控制定檢周期長(zhǎng)短,直至超標(biāo)結(jié)合以上應(yīng)用,檢測(cè)出損傷后,我們一般用比較測(cè)量法、樣品葉片內(nèi)窺觀察法以及利用視頻系統(tǒng)進(jìn)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(shí)際距離和等效換算損傷程度這四種傳統(tǒng)方法評(píng)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(jì)算機(jī)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(cè)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(shí)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(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的三維測(cè)量功能,從而對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)窺技術(shù)的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)。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(xué)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(gè)發(fā)展方向。(1 自動(dòng)化:包括兩個(gè)方面

7、,一是無線遙控式,從而避免受到傳導(dǎo)線長(zhǎng)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(jī)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(dòng)尋的,從而減少對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求,同時(shí)避免儀器的人為損壞。目前,英國(guó)、日本和美國(guó)的一些相關(guān)機(jī)構(gòu)就內(nèi)窺機(jī)器人技術(shù)正在進(jìn)行廣泛的研究,該技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)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(dǎo)無損條件下的維護(hù)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(guó)開展的真實(shí)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(shè)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(duì)葉片卷刃的打磨、積炭的清理和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的小碎片的清理等。在民航現(xiàn)場(chǎng)維修特別是軍機(jī)快速搶修中,原位內(nèi)窺維修能極大節(jié)約時(shí)間和成本,應(yīng)用價(jià)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(jī)械手等設(shè)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(cè)的具體實(shí)際工作中,首先要進(jìn)行的工作是檢查出發(fā)動(dòng)機(jī)氣路關(guān)鍵部件如壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片燃燒室等出現(xiàn)的損傷缺陷并拍照,再測(cè)量出其尺寸并與手冊(cè)、工卡給出的標(biāo)準(zhǔn)比較,判斷其嚴(yán)重程度、是否超標(biāo)。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(biāo)值內(nèi)

9、(這里有兩種情況:一是超標(biāo)不能使用立即換下發(fā)動(dòng)機(jī),而是經(jīng)制造廠家批準(zhǔn)給出一個(gè)很短的允許使用時(shí)間,但在此時(shí)間內(nèi)必須換發(fā)這都要求工作者必須在較短的時(shí)間內(nèi)作出正確決斷,提供給相關(guān)部門及時(shí)而又準(zhǔn)確地孔探信息作決策,以避免出現(xiàn)因孔探檢測(cè)得到的嚴(yán)重?fù)p傷而錯(cuò)失決策時(shí)機(jī),進(jìn)而造成沒有采取正確措施致使飛機(jī)在空中被迫關(guān)停發(fā)動(dòng)機(jī)。這是實(shí)際工作遇到的首要任務(wù)以及目前航空公司發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)工作中急需解決的難點(diǎn)和重點(diǎn)。 然而,目前航空公司發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷評(píng)估與維修決策尚存在以下問題。 1 依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的孔探檢測(cè)部位、損傷類型及損傷尺寸需要與手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比來進(jìn)行損傷判斷和維修決策,往往需要檢測(cè)和維修人員查閱相關(guān)手冊(cè),目前飛機(jī)

10、維修手冊(cè)中均規(guī)定了基于孔探檢測(cè)的維修決策標(biāo)準(zhǔn),但是查閱手冊(cè)一方面需要檢測(cè)人員對(duì)手冊(cè)的熟悉,另一方面也需要更多翻閱手冊(cè)的時(shí)間,特別是在手冊(cè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)附近,做出可靠的經(jīng)濟(jì)的維修決策往往需要?dú)v史經(jīng)驗(yàn)及眾多專家參與的綜合權(quán)衡、分析和討論,必要時(shí)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(dòng)機(jī)維修決策時(shí)間,甚至可能會(huì)出現(xiàn)由于沒有采取正確措施而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車等嚴(yán)重故障的現(xiàn)象,以及由于提前換發(fā)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)維修成本的增加。2 目前,航空公司普遍具有飛機(jī)機(jī)群大、機(jī)種多、分布廣等特點(diǎn),而具有發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)、損傷評(píng)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)維修的相關(guān)部門,這些特點(diǎn)使目前發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)面臨了典型的異地檢測(cè)、評(píng)估與決策問題。目前解決這種異地檢測(cè)、評(píng)估和決策問題的主要方法是,當(dāng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)孔探檢測(cè)時(shí),特別出現(xiàn)疑難問題時(shí),往往通過傳真、電話的手段與專家進(jìn)行咨詢和聯(lián)系,當(dāng)實(shí)在無法解決時(shí),還需要專家親到現(xiàn)場(chǎng)解決?，F(xiàn)然這種傳統(tǒng)的解決遠(yuǎn)程問題的模式很大程度降低了工作效率,延長(zhǎng)了飛機(jī)的停場(chǎng)時(shí)間,增加了飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本。圖2 基于Internet 的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷遠(yuǎn)程評(píng)估專家系統(tǒng)構(gòu)架由此可見,目前,基于飛機(jī)維修手冊(cè)和專家親臨現(xiàn)場(chǎng)解決問題的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷評(píng)估與維修決策方式,已經(jīng)不能滿足航空公司飛機(jī)多、機(jī)群大、分布廣的特點(diǎn),而要在很短的時(shí)

12、間內(nèi)評(píng)估出發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷評(píng)估與決策專家系統(tǒng)，在 該專家系統(tǒng)中，將飛機(jī)維修手冊(cè)整理成知識(shí)規(guī)則，固化到專家系統(tǒng)知識(shí)庫中， 并定期進(jìn)行更新，同時(shí)收集歷史典型案例，構(gòu)成案例庫，作為以后針對(duì)孔探檢 測(cè)進(jìn)行損傷評(píng)估和維修決策的依據(jù)。 基于 Internet 的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程評(píng)估損傷與維修決策專家系統(tǒng)可以在服務(wù)器上建 立知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)專家知識(shí)的增加、修改和刪除，在客戶端實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、檢 測(cè)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(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器 端知識(shí)庫的訪問進(jìn)行專家推理，從

13、而得出損傷評(píng)估和維修決策。同時(shí)，遠(yuǎn)程專 家系統(tǒng)在知識(shí)的獲取方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，專家系統(tǒng)的求解問題能力很大程度 取決于知識(shí)庫所擁有的知識(shí)，專家系統(tǒng)應(yīng)該能通過自學(xué)習(xí)不斷更新和積累知識(shí)， 在某一地方的發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的孔探檢測(cè)結(jié)果和評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，并利用一 定的學(xué)習(xí)方法和手段獲取專家知識(shí)添加到知識(shí)庫中，大大提高了知識(shí)獲取能力。 綜上所述，基于的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程損傷評(píng)估與維修決策專家系統(tǒng)對(duì)于提高孔探 及降低發(fā)動(dòng)機(jī)的維修成本和提高飛行安全具有非常重要的實(shí)際意義和研究?jī)r(jià)值。 它將是未來基于孔探檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷評(píng)估與維修決策技術(shù)的發(fā)展方向。

14、 U nR 檢測(cè)的自動(dòng)化、智能化，降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高檢測(cè)的速度和精度，以 1 董務(wù)江， 內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)在民用航空器中的應(yīng)用， 無損探傷， （4）1997。 2 文修， 航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作能力的診斷與恢復(fù)， 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(yīng)用。南京航空大 學(xué)學(xué)報(bào)，34（3），2002。 4 陳果， 航空器檢測(cè)與診斷技術(shù)導(dǎo)論， 中國(guó)民航出版社，2006 12。 5 徐敏， 設(shè)備故障診斷手冊(cè)，西安交通大學(xué)出版社。 eg 參考文獻(xiàn)： is 4 總結(jié) te 地方的所有發(fā)動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)出的損傷特征和狀況將更加豐富。因此，遠(yuǎn)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