張網(wǎng)

（陜西直升機(jī)股份有限公司，陜西 西安 710000）

隨著我國航空業(yè)的發(fā)展，航空器的數(shù)量和飛行小時(shí)不斷增加，到2020年年底，我國共有超6000架民用航空器，全行業(yè)飛行小時(shí)超1300萬，這對航空器的可靠性和安全性提出了很高的要求。發(fā)動機(jī)作為航空器動力的源泉，細(xì)微的故障都可能對飛行造成影響，必須重視發(fā)動機(jī)的維修工作。

1 孔探技術(shù)概述

孔探技術(shù)也被稱為內(nèi)窺探傷技術(shù)，是無損檢測技術(shù)的一種。在航空發(fā)動機(jī)維修中廣泛應(yīng)用，尤其是對非必要更換發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)空中停車、發(fā)動機(jī)內(nèi)部缺陷等問題的處理尤為有效。其原理是運(yùn)用光學(xué)鏡頭通過發(fā)動機(jī)的預(yù)留孔，將人眼無法觀測的部位通過光纖以圖像的形式展現(xiàn)出來，無須接觸內(nèi)部零件，靈活的探頭可以觀測到發(fā)動機(jī)的所有位置?？滋郊夹g(shù)與孔探儀發(fā)展有著密切關(guān)系，當(dāng)前孔探設(shè)備主要有剛性內(nèi)窺鏡、柔性內(nèi)窺鏡和柔性視頻內(nèi)窺鏡三種。剛性內(nèi)窺鏡難以彎曲且可探距離短，但其精度高、亮度高，多用于距離間距短、直線型部件之間。柔性內(nèi)窺鏡具有的撓性為其帶來了更寬廣的視野范圍，不過在實(shí)際應(yīng)用中很容易因光纖折斷而出現(xiàn)噪聲信號。柔性視頻內(nèi)窺鏡的使用則更加靈活，在靜態(tài)體腔、旋轉(zhuǎn)機(jī)械等環(huán)境下都能工作，而在成像清晰度方面也有了較大提升，也是現(xiàn)階段航空發(fā)動機(jī)孔探技術(shù)運(yùn)用的主要依據(jù)。

2 航空發(fā)動機(jī)維修常見問題

2.1 壓氣機(jī)故障問題

壓氣機(jī)故障主要是因?yàn)檫M(jìn)氣道吸進(jìn)的外來物所產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致葉片或其他零部件受損，或是發(fā)動機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，造成發(fā)動機(jī)機(jī)體出現(xiàn)疲勞損傷。情況嚴(yán)重時(shí)，會致使壓氣機(jī)葉片斷裂，直接損壞內(nèi)部轉(zhuǎn)子葉片，造成發(fā)動機(jī)無法運(yùn)作，若在飛行過程中出現(xiàn)壓氣機(jī)故障問題，將會造成嚴(yán)重的后果。

2.2 燃燒室故障問題

在飛機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)動機(jī)將長時(shí)間處在高溫運(yùn)作狀態(tài)，燃燒室在此種情況下也很容易出現(xiàn)問題。因高溫而導(dǎo)致燃燒機(jī)出現(xiàn)損害的情況主要有燃燒室燒穿、掉塊、燒裂三種問題。燃燒室不同位置會使用不同的材質(zhì)，而在燃油噴射均勻度方面也存在一些差異，這才導(dǎo)致燃燒室在長期工作過程中，高溫對其產(chǎn)生的影響。另外，燃燒室燃燒后所遺留的積炭，若沒有及時(shí)處理，不僅會降低燃燒效率，影響發(fā)動機(jī)運(yùn)行效率，還會占據(jù)燃燒空間，直接對運(yùn)行安全造成干擾，要及時(shí)進(jìn)行處理，保障燃燒室穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量。

2.3 渦輪故障

渦輪處在高溫高壓狀態(tài)下工作，而高壓往往也是造成零部件損傷的主要因素之一。尤其是高壓渦輪導(dǎo)向器的葉片，其處在高壓渦輪導(dǎo)向器最高的溫度區(qū)域，很容易受到燃燒不均或噴油不均等情況的影響，其前緣燒毀以及后邊緣斷裂變形等問題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)就會發(fā)生掉塊現(xiàn)象。通常情況下，都是在燃燒室出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象后帶入渦輪轉(zhuǎn)子，并將其砸傷，從而造成渦輪出現(xiàn)卷曲、裂紋等問題，對渦輪實(shí)際運(yùn)行有著較大影響。

3 航空發(fā)動機(jī)維修中孔探技術(shù)的運(yùn)用

3.1 定期維護(hù)

航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的核心部件，其精密程度不言而喻，在日常的維護(hù)過程中要想對發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢查較為困難，拆卸壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等部位的過程極為煩瑣，還可能會出現(xiàn)不可逆的拼接間隙問題。而孔探技術(shù)為航空發(fā)動機(jī)定期檢測提供了有效幫助。定期維護(hù)工作是針對非處在航空飛行中的發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測的環(huán)節(jié)，運(yùn)用孔探技術(shù)可以降低工作人員的維護(hù)工作難度。首先，在開始檢測前，應(yīng)當(dāng)對發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)資料以及可能具有的前期檢測報(bào)告進(jìn)行分析，對檢測發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況有一定了解，明確發(fā)動機(jī)可能出現(xiàn)的故障以及按照使用情況推測出的問題，才能更好地、有針對性地進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)檢測工作。然后，維護(hù)人員便可運(yùn)用孔探技術(shù)對發(fā)動機(jī)內(nèi)部進(jìn)行觀測，并記錄相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。最后將得到檢測數(shù)據(jù)與分析得到的內(nèi)容進(jìn)行比對，評定發(fā)動機(jī)存在的問題，并及時(shí)進(jìn)行處理。此外，在定期維護(hù)中工作人員應(yīng)利用孔探技術(shù)縮短檢修時(shí)間，注重發(fā)動機(jī)各部件容易出現(xiàn)問題的部位。例如，燃燒室的聯(lián)管鎖扣、噴嘴頭，壓氣機(jī)的葉片后等位置。

3.2 突發(fā)檢修

在航空飛行過程中，發(fā)動機(jī)也可能出現(xiàn)突發(fā)故障，比如，發(fā)動機(jī)超扭超溫、受到外來物的沖擊、壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振等情況，而這些突發(fā)情況不僅會對飛機(jī)造成嚴(yán)重影響，相關(guān)人員也無法及時(shí)規(guī)避，而孔探技術(shù)為突發(fā)情況下的檢測提供了支撐。以壓氣機(jī)喘振為例，可以通過剛性內(nèi)窺鏡直接對直管道葉片和燃燒室進(jìn)行檢測，其高精度的優(yōu)勢也在快速檢測中有所體現(xiàn)。工作人員要在最短時(shí)間內(nèi)對檢測出故障問題并進(jìn)行處理，孔探技術(shù)可以在航空飛行過程中應(yīng)用，也能夠單獨(dú)監(jiān)測故障部位，在一定程度上提升了檢測速度。同時(shí)，能夠?qū)ν话l(fā)故障問題及產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析，及時(shí)向工作人員反饋故障信息，為工作人員快速制定解決方案提供了支持。確保在最短時(shí)間內(nèi)將故障問題檢查并處理，極大地提升了航空飛行的安全性。

3.3 損傷識別

損傷識別是故障檢測更深層的內(nèi)容，與傳統(tǒng)故障檢測工作不同，損傷識別需要利用信息技術(shù)和人工智能的優(yōu)勢，將其與孔探技術(shù)結(jié)合在一起，可以針對目標(biāo)直接檢測出缺陷類型、所在位置，并得出相應(yīng)的處理方案。當(dāng)前，人工智能已經(jīng)是維修檢測領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的主力，而孔探技術(shù)則是人工智能與航空發(fā)動機(jī)檢測結(jié)合的重要研究方向。

航空發(fā)動機(jī)損傷識別的關(guān)鍵在于識別出損傷類型，要求智能系統(tǒng)可以根據(jù)孔探技術(shù)提供的相應(yīng)特征信息，分辨出故障類別。具體來說，是根據(jù)孔探內(nèi)窺鏡提供的圖片像素矩陣、圖像色彩深度、圖像重點(diǎn)內(nèi)容經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析計(jì)算后得出相應(yīng)結(jié)果。例如，簡單的明暗變化、損傷的邊緣類型、葉片角度等特征。其中孔探技術(shù)提供的圖像越精細(xì)越清晰，人工智能對損傷識別的準(zhǔn)確度也就越高。故障所在位置的識別較為容易，在發(fā)動機(jī)專業(yè)檢測或投入運(yùn)行前都會對發(fā)動機(jī)進(jìn)行全方位的核查，此時(shí)，只需要運(yùn)用孔探技術(shù)收集發(fā)動機(jī)內(nèi)部的信息，再與以往故障檢測所得到的圖像一同導(dǎo)入智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫即可。當(dāng)內(nèi)窺鏡提供圖像時(shí)，人工智能就會將圖像情況與數(shù)據(jù)庫中大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對，以相似度最接近的圖像信息作為位置信息提供給工作人員，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供更準(zhǔn)確的故障位置。而處理方案與位置識別類似，多是根據(jù)以往處理方法和故障類別進(jìn)行計(jì)算，將得出的處理方案反饋工作人員，節(jié)約了工作人員制定相應(yīng)維修計(jì)劃的時(shí)間，大幅提升了維修效率。另外，人工智能對損傷識別的優(yōu)勢在于能夠快速發(fā)現(xiàn)更細(xì)微的損害問題，即便是葉片輕微的刮痕、裂縫，只要孔探技術(shù)能夠掃描到，智能系統(tǒng)便能夠準(zhǔn)確識別，增強(qiáng)了發(fā)動機(jī)故障問題的檢測質(zhì)量。

3.4 健康管理

在整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)故障的占比較大，僅憑借維護(hù)檢修，雖然能在一定程度上保障航空發(fā)動機(jī)的安全性，但是，維護(hù)費(fèi)用、養(yǎng)護(hù)成本都是航空公司無法規(guī)避的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動機(jī)的維修費(fèi)用占飛機(jī)維修總費(fèi)用的38%以上，如何降低維修成本，利用孔探技術(shù)降低故障發(fā)生頻率是發(fā)動機(jī)維護(hù)的重點(diǎn)工作。

現(xiàn)階段，大部分航空發(fā)動機(jī)維修都采用了基于發(fā)動機(jī)狀態(tài)的CBM維修技術(shù)，即根據(jù)發(fā)動機(jī)實(shí)時(shí)、連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控采取的預(yù)防性維修方式。這種方式是利用對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)各零部件的情況來管理使用壽命，控制故障風(fēng)險(xiǎn)，以此提高發(fā)動機(jī)利用率的方法，可以有效避免過修或失修問題，也能權(quán)衡安全和經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，而孔探技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。孔探技術(shù)能夠展現(xiàn)出發(fā)動機(jī)故障的本質(zhì)問題，了解故障產(chǎn)生過程，以此評估故障對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的影響程度，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對發(fā)動機(jī)內(nèi)部各種異常情況做出判斷和處理。而通過內(nèi)窺鏡反映出來的圖像也可以預(yù)測發(fā)動機(jī)的狀態(tài)，在出現(xiàn)部件失效前就進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以最大限度地延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。并且預(yù)防性維修與信息技術(shù)有著良好結(jié)合，能夠得出更精準(zhǔn)的維修計(jì)劃和養(yǎng)護(hù)方案，從而可以合理配置發(fā)動機(jī)維修費(fèi)用，進(jìn)而為航空公司提供更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

在航空發(fā)動機(jī)維修工作中積極運(yùn)用孔探檢測技術(shù)，能夠有效提高維修養(yǎng)護(hù)效率，促進(jìn)故障檢測和維修水平的提升，降低航空發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障的概率。利用孔徑技術(shù)的檢測優(yōu)勢，與人工智能和健康管理相互結(jié)合，在保障航空發(fā)動機(jī)維護(hù)檢修質(zhì)量的同時(shí)，為航空事業(yè)發(fā)展提供更多效益。