基于智能手机的航空发动机孔探教学系统的设计与实现

林高飞 邱静 刘华 赵玉春 刘俊博 李书明 张莹

摘 要：基于安卓智能手机的航空发动机孔探教学系统设计与实现，通过分析目前航空教学过程中的教学需求，找出目前航空孔探教学中面临的主要难题，利用自主开发的航空孔探教学系统、较为廉价的工业孔探仪和普及的智能手机的组合来代替昂贵的航空孔探仪，使用开源性的Android系统来进行孔探软件的功能实现，让其具有航空孔探仪的拍照、录像和测量标注等主要功能，可以实现在教学上替代航空孔探仪，解决航空孔探教学中教具昂贵难以获取的主要问题，填补航空孔探教学上的空白。

关键词：教学 安卓 Android 智能手机 Eclipse 航空发动机 孔探

中图分类号：V23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0129-02

民用航空产业无疑是时下最为蓬勃发展的朝阳产业之一，我国民用航空产业也正以迅猛的势头快速发展着，由民航大国向民航强国进行转型。伴随着民航业的发展，国内航空业界机队规模也不断增大，而与之相关的对航空器进行维护和修理的工程技术人才需求也随之增大，对民用航空工程技术人才的教育和培养也提出了更多的要求。新世纪，飞机的维修方式发生了新的变化，由传统的定时维修方式转变成为视情维修方式。该方式针对性强，但必须有适当的监测手段。后来又形成了以故障模式和故障影响分析为基础的可靠性维修 （RCM：Reliable Capability Mainte-nance）。从技术方面来讲，采用无损检测（NDT）手段发现飞机损伤、战伤、故障隐患以及判定损伤等级是航空维修的先期工作，是革新维修方式的关键环节。内窥/孔探技术作为NDT技术重要分支，在航空发动机维护中的应用愈来愈广泛。同时，面向发动机维护的内窥技术产品的性能也在不断地提高，极大地推动了发动机故障诊断与监测工作的顺利进行[1]。

所以，在现代航航空发动机孔探检查作为最为方便快捷的无损探伤技术，无论在航空发动机的航线维护、定检还是在返厂大修过程中都被广泛地采用，因此，航空发动机的维护将越来越需要全面掌握孔探原理和技巧、能够熟练使用孔探仪器的工程人才。机务人员在获取了探测部位的图像之后，必须查阅相关发动机型号手册，根据手册对于发动机损伤部位的描述，判断损伤部件是否需要更换或换发或者凭借检测人员多年的经验做出判断[2]。然而，国内外航空维修业所采用的航空孔探仪由于其高度的精确性使其往往具有很高的价格，并且需要十分精细的操作与维护[3]，这些特点使得航空发动机孔探仪很难被引进到航空发动机孔探教学中来，普通高校和教学机构难以负担高额的器材费，难以获取讲课和教学所需要的教具，成为了阻碍航空类院校和教育机构进行孔探教学工作的拦路虎。同时，航空高校孔探教学需要也与航空工业无损探伤中的孔探工作的要求也有所区别。实际使用的航空孔探仪往往需要满足高精度、高灵敏度以满足安全标准严苛的航空业要求。而在教学中，要求教学用孔探仪更加便捷、适用于教员讲解、示范，能和教学用多媒体设备进行实时交互的孔探教学仪器，对于精度和灵敏度并无太高要求。

基于智能手机的航空发动机孔探教学系统的开发，将解决航空发动机孔探教学时难以获取教具的问题。本系统利用普通的较为廉价的工业内窥镜和目前已经大众化的智能手机，在智能手机上安装自主开发的孔探教学系统客户端，将智能手机与内窥镜通过Wifi相连，从而形成一套基于智能手机的航空发动机孔探教学系统，从功能上和操作上，能够几乎完美地模拟目前航空维修业一线生产中的孔探工作，填补了航空发动机孔探教学上的空白。

1 系统的总体设计与功能

基于智能手机的航空发动机孔探教学系统主要分成以下三个部分：内置Wifi热点的工业内窥镜、Android系统智能手机和自主研发的孔探教学系统客户端。工业内窥镜由探头、导管、镜体和内置Wifi热点发射器组成（见图1），内窥镜搜集发动机内部的图片、视频信息，通过Wifi连接，传输至装有孔探教学系统客户端的Android智能手机，是系统数据的主要入口。装有孔探教学系统客户端的Android智能手机解码、接受内窥镜发回的数据，对图片和视频信息进行储存和处理，客户端提供控制内窥镜拍照、录像的功能，还提供对孔探所见的航空发动机内部部件的损伤进行缺陷尺寸的测量和标注等正式航空工业孔探仪的功能。

安卓系统拥有着优秀的开源性，在各种移动智能终端上都能够完美兼容。有众多谷歌官方以及第三方开发者提供的源码支持，可以无限扩展软件的功能，有利于教学上进行创新和发展；最重要的是，Eclipse在编写，查错，编译，帮助等方面与Java语言完美配合，更普及也更具有兼容性[4]。

2 系统的关键技术

2.1 Wifi数据传输

在购买的工业内窥镜上加装Wifi热点，具有Wifi连接功能的智能手机就可以连接上工业内窥镜。此时工业内窥镜探头所捕捉的视频信号就可以通过Wifi传输给所连接的窗口，程序通过调用收到的视频信号，显示在MainActivity上，相当于航空孔探仪的显示屏。从系统设计的角度来看，智能手机和工业内窥镜之间可以使用有线和无线两种方式进行连接和数据传输，而Wifi数据传输技术，不仅可以实现两者之间的便捷无线连接，同时，Wifi连接还支持一对多连接，一台工业内窥镜可以连接多台安装有孔探系统客户端的智能移动终端，教员在操作内窥镜进行示范时，学员也可以将自己的智能手机连接至内窥镜，实时观看教员处操作的图像。甚至还能将内窥镜传回的图像投影至教学多媒体显示板上，更方便教学。

2.2 客户端拍照、录像控制

客户端的这一功能与系统自带的照相机功能类似，语句也有一定程度上的相似之处，MainActivity上有两个按钮一个为拍照功能；另一个为录制功能，同时增加了存储路径语句，在拍照和录像之后自动存储至用户设置的存储路径。这也是航空孔探仪所具备的基本功能，操作也比较类似，具有实际的练习价值。

2.3 标注、测量功能

客户端还具备标注与测量功能。测量功能是由用户给定标准长度，客户端会读取用户给定的标准长度，与用户指定的裂纹长度进行比较，测量出相应裂纹长度的近似值；而标注功能允许操作者给制定的裂纹标注长度。这些功能是航空孔探工作中最常用的两种功能，在航空发动机探伤中也最为常见，是本系统最为关键的功能之一。

此外，升级后的系统还将具有自动生成孔探报告、航空发动机AMM手册查询等专业孔探仪不具备的、而现实发动机维护工程工作中所必须的功能。

3 系统的应用

基于智能手机的航空孔探教学系统以其方便、快捷、廉价的特性，十分符合航空类高校和培训机构在孔探教学中的要求。在教学过程中，高校和培训机构可以购买足够的数量以满足其教学需要；系统采用的是开放的Adroid开发平台，其良好的共同性能够很好地与各种教学用多媒体设备连接，例如教员在进行示范的时候，能够将实时的孔探影像投影至大屏幕上，方便讲解和示范，同时学员也可以把自己手中安装有航空孔探教学系统客户端的智能手机连接到教员所使用的内窥镜上，更好地学习和观察教员的操作，对孔探工作能有更深入的认识；学员在进行操作练习的时候，教员也能够连接上学员所使用的内窥镜，实时进行评价和指导。这样一来就能大大提高航空孔探教学的效率和普及程度。

此外，航空孔探教学系统的研发也是一次大胆地尝试，在教学系统中我们可以设计更多的专业孔探仪所不具备的功能：如自动生成孔探报告、手册检索等。在教学系统中试行取得效果以后，将这些功能拓展到专业的航空孔探仪上，方便维修工作的进行，也未尝不可。

4 结语

基于智能手机的航空孔探教学系统在其精确度、灵敏度和图像分辨率等多个方面虽然远不及于正统的航空业中所使用的孔探设备。然而其优点在于廉价、便捷，同时，该文中所开发的航空孔探教学系统，采用了Wifi连接的形式，可以同时连接多台手机甚至是安装有电脑客户端的PC，教师在课堂上讲解的同时学生也能用自己的智能手机连接上工业内窥镜，实时同步学习。此外，客户端的搭载平台是十分普及的安卓系统，还可以扩充其他的如自主生成孔探报告、手册查询等航空孔探设备所不具备的功能。这些在航空孔探教学系统上的实践工作对实际的航空孔探设备配套软件的改进和功能完善也是很有借鉴意义的。

参考文献

[1] 于辉，左洪福，黄传奇.先进内窥技术与发动机故障检测[J].航空工程与维修，2002（2）：20-22.

[2] 刘震雄.工业内窥镜在民用航空发动机维修中的应用[J].硅谷，2014（14）：100-101.

[3] 美国韦林公司.Inspection TechnologiesXL Go+ VideoProbe Operating Manual[M].

[4] 李培林.安卓系统的应用及发展趋势展望[J].计算机光盘软件与应用，2012（18）：161-162.