对航空发动机维修中孔探技术的运用初探

2023-01-03张网

中国设备工程 2022年1期

张网

（陕西直升机股份有限公司，陕西西安 710000）

随着我国航空业的发展，航空器的数量和飞行小时不断增加，到2020年年底，我国共有超6000架民用航空器，全行业飞行小时超1300万，这对航空器的可靠性和安全性提出了很高的要求。发动机作为航空器动力的源泉，细微的故障都可能对飞行造成影响，必须重视发动机的维修工作。

1 孔探技术概述

孔探技术也被称为内窥探伤技术，是无损检测技术的一种。在航空发动机维修中广泛应用，尤其是对非必要更换发动机、发动机空中停车、发动机内部缺陷等问题的处理尤为有效。其原理是运用光学镜头通过发动机的预留孔，将人眼无法观测的部位通过光纤以图像的形式展现出来，无须接触内部零件，灵活的探头可以观测到发动机的所有位置。孔探技术与孔探仪发展有着密切关系，当前孔探设备主要有刚性内窥镜、柔性内窥镜和柔性视频内窥镜三种。刚性内窥镜难以弯曲且可探距离短，但其精度高、亮度高，多用于距离间距短、直线型部件之间。柔性内窥镜具有的挠性为其带来了更宽广的视野范围，不过在实际应用中很容易因光纤折断而出现噪声信号。柔性视频内窥镜的使用则更加灵活，在静态体腔、旋转机械等环境下都能工作，而在成像清晰度方面也有了较大提升，也是现阶段航空发动机孔探技术运用的主要依据。

2 航空发动机维修常见问题

2.1 压气机故障问题

压气机故障主要是因为进气道吸进的外来物所产生冲击，导致叶片或其他零部件受损，或是发动机出现喘振现象，造成发动机机体出现疲劳损伤。情况严重时，会致使压气机叶片断裂，直接损坏内部转子叶片，造成发动机无法运作，若在飞行过程中出现压气机故障问题，将会造成严重的后果。

2.2 燃烧室故障问题

在飞机运行过程中，发动机将长时间处在高温运作状态，燃烧室在此种情况下也很容易出现问题。因高温而导致燃烧机出现损害的情况主要有燃烧室烧穿、掉块、烧裂三种问题。燃烧室不同位置会使用不同的材质，而在燃油喷射均匀度方面也存在一些差异，这才导致燃烧室在长期工作过程中，高温对其产生的影响。另外，燃烧室燃烧后所遗留的积炭，若没有及时处理，不仅会降低燃烧效率，影响发动机运行效率，还会占据燃烧空间，直接对运行安全造成干扰，要及时进行处理，保障燃烧室稳定运行质量。

2.3 涡轮故障

涡轮处在高温高压状态下工作，而高压往往也是造成零部件损伤的主要因素之一。尤其是高压涡轮导向器的叶片，其处在高压涡轮导向器最高的温度区域，很容易受到燃烧不均或喷油不均等情况的影响，其前缘烧毁以及后边缘断裂变形等问题时有发生，严重时就会发生掉块现象。通常情况下，都是在燃烧室出现掉块现象后带入涡轮转子，并将其砸伤，从而造成涡轮出现卷曲、裂纹等问题，对涡轮实际运行有着较大影响。

3 航空发动机维修中孔探技术的运用

3.1 定期维护

航空发动机作为飞机的核心部件，其精密程度不言而喻，在日常的维护过程中要想对发动机进行检查较为困难，拆卸压气机、燃烧室、涡轮等部位的过程极为烦琐，还可能会出现不可逆的拼接间隙问题。而孔探技术为航空发动机定期检测提供了有效帮助。定期维护工作是针对非处在航空飞行中的发动机进行检测的环节，运用孔探技术可以降低工作人员的维护工作难度。首先，在开始检测前，应当对发动机数据资料以及可能具有的前期检测报告进行分析，对检测发动机的运行状况有一定了解，明确发动机可能出现的故障以及按照使用情况推测出的问题，才能更好地、有针对性地进行航空发动机检测工作。然后，维护人员便可运用孔探技术对发动机内部进行观测，并记录相应的检测数据。最后将得到检测数据与分析得到的内容进行比对，评定发动机存在的问题，并及时进行处理。此外，在定期维护中工作人员应利用孔探技术缩短检修时间，注重发动机各部件容易出现问题的部位。例如，燃烧室的联管锁扣、喷嘴头，压气机的叶片后等位置。

3.2 突发检修

在航空飞行过程中，发动机也可能出现突发故障，比如，发动机超扭超温、受到外来物的冲击、压气机出现喘振等情况，而这些突发情况不仅会对飞机造成严重影响，相关人员也无法及时规避，而孔探技术为突发情况下的检测提供了支撑。以压气机喘振为例，可以通过刚性内窥镜直接对直管道叶片和燃烧室进行检测，其高精度的优势也在快速检测中有所体现。工作人员要在最短时间内对检测出故障问题并进行处理，孔探技术可以在航空飞行过程中应用，也能够单独监测故障部位，在一定程度上提升了检测速度。同时，能够对突发故障问题及产生原因进行深入分析，及时向工作人员反馈故障信息，为工作人员快速制定解决方案提供了支持。确保在最短时间内将故障问题检查并处理，极大地提升了航空飞行的安全性。

3.3 损伤识别

损伤识别是故障检测更深层的内容，与传统故障检测工作不同，损伤识别需要利用信息技术和人工智能的优势，将其与孔探技术结合在一起，可以针对目标直接检测出缺陷类型、所在位置，并得出相应的处理方案。当前，人工智能已经是维修检测领域技术创新的主力，而孔探技术则是人工智能与航空发动机检测结合的重要研究方向。

航空发动机损伤识别的关键在于识别出损伤类型，要求智能系统可以根据孔探技术提供的相应特征信息，分辨出故障类别。具体来说，是根据孔探内窥镜提供的图片像素矩阵、图像色彩深度、图像重点内容经过人工神经网络的分析计算后得出相应结果。例如，简单的明暗变化、损伤的边缘类型、叶片角度等特征。其中孔探技术提供的图像越精细越清晰，人工智能对损伤识别的准确度也就越高。故障所在位置的识别较为容易，在发动机专业检测或投入运行前都会对发动机进行全方位的核查，此时，只需要运用孔探技术收集发动机内部的信息，再与以往故障检测所得到的图像一同导入智能系统的数据库即可。当内窥镜提供图像时，人工智能就会将图像情况与数据库中大量的数据信息进行比对，以相似度最接近的图像信息作为位置信息提供给工作人员，能够为工作人员提供更准确的故障位置。而处理方案与位置识别类似，多是根据以往处理方法和故障类别进行计算，将得出的处理方案反馈工作人员，节约了工作人员制定相应维修计划的时间，大幅提升了维修效率。另外，人工智能对损伤识别的优势在于能够快速发现更细微的损害问题，即便是叶片轻微的刮痕、裂缝，只要孔探技术能够扫描到，智能系统便能够准确识别，增强了发动机故障问题的检测质量。

3.4 健康管理

在整个飞机系统中，发动机故障的占比较大，仅凭借维护检修，虽然能在一定程度上保障航空发动机的安全性，但是，维护费用、养护成本都是航空公司无法规避的问题。据统计，航空发动机的维修费用占飞机维修总费用的38%以上，如何降低维修成本，利用孔探技术降低故障发生频率是发动机维护的重点工作。

现阶段，大部分航空发动机维修都采用了基于发动机状态的CBM维修技术，即根据发动机实时、连续状态监控采取的预防性维修方式。这种方式是利用对发动机系统各零部件的情况来管理使用寿命，控制故障风险，以此提高发动机利用率的方法，可以有效避免过修或失修问题，也能权衡安全和经济之间的关系，而孔探技术在其中发挥着至关重要的作用。孔探技术能够展现出发动机故障的本质问题，了解故障产生过程，以此评估故障对发动机系统的影响程度，能够及时、准确地对发动机内部各种异常情况做出判断和处理。而通过内窥镜反映出来的图像也可以预测发动机的状态，在出现部件失效前就进行养护，可以最大限度地延长发动机的使用寿命。并且预防性维修与信息技术有着良好结合，能够得出更精准的维修计划和养护方案，从而可以合理配置发动机维修费用，进而为航空公司提供更多的经济效益。