内视镜检测技术在发动机维修上的应用

     内视镜系统一般使用于飞机以下部位的检查：发动机（含进气风扇、压缩机的涡轮叶片、燃烧筒、齿轮箱和滑油箱等），机体各部位（含机身、机翼、起落架系统、垂直/水平尾翼等），以及其它无法直接由目视观察到的部位。检查的项目以机件受到外物损伤、腐蚀、硫化、磨损、裂纹和污染物的影响为主。

在使用内视镜进行检测时，首先应考虑以下几个因素，做为选用内视镜设备的依据：

1、检查伸入孔的大小。检查伸入孔的尺寸大小，将会限制内视镜镜管直径（或工作直径）的大小。

2、检测点的接近路径。如果通往检测点的接近路径是直线型的，则比较适合采用刚性内视镜来进行检测工作；如果是弯曲（或曲折）的接近通路，就必须选用软式光纤内视镜或电子图像内视镜。

3、检查伸入孔的位置。在检测时，必须将内视镜的物镜伸入到足够接近检测点（或受检物）的位置，才能开展检测工作。检查伸入孔的位置将决定内视镜的观测方向、接近路线和工作长度的选取。如果在检查入口没有足够的伸展空间，则检验者可能需要一个与目镜连接的调整器，以获得最合适的观测角度。

4、物镜到受检物的距离。无论是使用标准的还是高强度的光源，物镜到受检物之间的距离远近，都将会直接影响照明的需求量，而且，物镜也需利用最佳的视角，来获得最好的图像分辨率和最大的放大率。

5、缺陷的大小。受检物的缺陷大小差异很大，既有细如发丝的裂纹，也有较大的损坏裂痕。这些缺陷的尺寸大小，是选择内视镜的放大率、视角、聚焦能力和镜片分辨率的重要参考因素，以便能获得合适而清晰的缺陷图像。在通常情况下，较大的视角可以较快地扫描大的范围，并且可避免在检测时丢失部分受检物图像的情况。

6、受检物的轮廓大小。受检物的轮廓包括整个受检物体、裂痕或裂纹，以及变形等部分的大小，这是确定视角和光源亮度的最重要因素之一。如果受检物处于检测区域的长度过长或太深，则受检物的某些部位可能会在不同的平面上，故所采用的内视镜系统必须具备足够的调焦功能，以便可以在一个固定位置上，能够很清楚地捕捉到不同距离或深度的受检物图像，并完整地传送给检验者。

7、光线的反射率（Reflectivity）。对于那些涂抹了碳涂料的漆黑物体表面而言，由于其光线反射率较差，因此需要较强的照明效果，才能获得较佳的受检物图像。

三、可使用内视镜进行检查的缺陷

在进行飞机发动机的维护检查时，最常见的缺陷大致有：外物损伤、硫化、裂纹和烧损四种，这四种缺陷均可通过内视镜进行检查。

1、外物损伤

在飞机发动机的维护检查中，对因外物而造成的各种损伤进行检查和处理，是飞机使用期间耗费维修人力、物力最多的问题。造成外物损伤的原因主要是发动机吸入了松脱的金属螺帽或铆钉、冰雹、破碎的铺路材料（碎石和水泥块），以及遭受鸟的撞击等。

2、硫化（Sulfidation）

所谓的“硫化”就是金属的高温腐蚀现象。这一现象经常发生在涡轮发动机的表面上，其原因是由于金属（主要是铬元素）和硫化钠在机件表面发生化学反应造成的。长期的化学反应后将导致涂层逐步发生氧化，造成涂层脱落，随后进一步腐蚀金属表面，使金属表面呈现粗糙不平，进而深入金属内部，使其结构彻底损坏。与金属发生反应的硫化钠是在发动机使用过程中，硫酸盐与钠元素受热而产生的。通常情况下，硫化现象从开始发生到机件表面完全损坏为止，大致可分为以下五级：

一级——涂层表面出现起泡现象。

二级——起泡区域开始扩大，并产生剥离现象。

三级——剥离现象扩大形成块状脱落。

四级——腐蚀情况已伤及金属母体。

五级——金属母体被穿透。

当发生一到三级的情况时，机件还可继续使用，到发生四级以上情况时，则必须将其更换，否则将可能产生安全性后果。

3、裂纹（Crack）

金属材料经常会因为遭受超负荷或震动所产生的严重应力（包括压力、拉力和剪切力），而导致断裂，即出现裂纹。飞机发动机部件发生裂纹的主要原因除突然遭受严重超过正常负荷的应力外，机件内因存在尖角、杂物、锈蚀，以及各螺栓的紧度不够造成震动等原因组合在一起，也会产生很强的应力集中，导致裂纹发生。

另外，还有一种疲劳裂纹（Fatigue Crack），这种裂纹不是由于遭受非常强大的应力集中造成的，而是当机件内存在不大的应力但该应力反复作用时，导致在一个或几个小的区域内，材料的强度不断降低，最终出现裂纹的现象。疲劳裂纹通常从应力集中处开始延伸，当应力大小属于正常应力范围，但超过材料的剩余强度时，将导致材料断裂。

4、烧损（Burnning）

当机件的材料结构遭受无法承受的较高温度时，会因为快速的氧化作用而直接毁损金属材料。通常情况下，金属材料在烧损之前，首先会改变颜色，其表面颜色的变化依次为红色、紫色、紫黑色和纯黑色，最后达到穿孔或完全烧毁的程度。通过对烧损部位的缺陷尺寸进行测量，可供检查人员判断是否应将其更换。

四、使用内视镜进行检测的主要效益

在飞机和发动机的维护和维修过程中，尤其是在发动机部分的维修检查中，内视镜检测是相当重要的一种手段。飞机的发动机不但具有非常复杂的构造，而且必须承受极高的应力、长时间的高速运转（通常高达每分钟2000转的速度），并承受极高温（高于多数金属的溶点温度）的燃气所产生的大量能量。同时，某些飞机的发动机需要以大约每秒1000磅的压缩速率来压缩空气，因此，其压缩机叶片的叶尖会达到非常高的速度。在以上运转条件下，不论发动机的结构有多么坚固，都有可能会发生外物损坏、腐蚀、浸蚀、硫化、热退化、裂痕（纹）和变形等情况，对飞机的飞行安全造成隐患。而且，这些缺陷大多位于机内难以接近的地方，增加了检查/维修的难度。使用内视镜系统进行检查，能够有效地增加飞机/发动机系统的可靠性，适时预防（或降低）发生意外事件的可能性，促进飞机的飞行安全。

从以色列萨斯纳（Cessna）飞机公司在其TFE-731型发动机涡轮的检查中使用内视镜的情况，可以看出内视镜给飞机发动机检测带来的巨大好处。在各国飞机厂商进行涡轮发动机叶片的检查时，主要是使用显微镜来进行，因为只有这样才能达到制造厂商严格的规范要求。但是，每台TFE-731型发动机上有236个涡轮叶片，检查人员使用显微镜对这些涡轮叶片的边缘进行检测时，往往需要弯着身子持续工作好几个小时，这对工作者来说是一件极为漫长、沉闷而辛苦的工作。如果使用电子图像内视镜来执行上述工作，则检测人员可以通过监视器的屏幕，在舒适的位置上观看涡轮叶片的检查情况，极大地缓解了检查人员的疲劳程度。

电子图像内视镜除了能把被检物的图像通过其末端的电子感应器传送到监视器外，其镜片的光学设计还可提供约20倍的放大能力，从而增强检查工作中的观察效果。如果使用传统的显微镜来执行检测，检测人员通常要花上2至3小时，才能将所有涡轮叶片检查完毕，而使用电子图像内视镜检测系统之后，所需时间将缩短至一个多小时，并且可以让一组人员同时进行多项相关的检查工作，从而大幅度提高维护检查的工作效率。

除上述优点外，内视镜检测系统还可以大幅度节省飞机的维修成本。根据以色列某航空公司的统计报告指出，在其没有使用内视镜检测系统之前，完成一台发动机的检测工作，要花费1200个人工-小时，并且让待检修的发动机长时间处于停工状态。自从采用光纤内视镜和电子图像设备进行检测之后，其所需的检测工时仅要4个人工-小时，仅为原来的三百分之一，可使每台发动机的维修成本节省20万美元，大幅度降低了该公司的总营运成本。