航空发动机无损检测技术之内窥镜检测

张钊

摘要：内窥镜检测技术是无损检测技术重要组成部分，是一种对待测部件进行原位检测，利用内窥探头对一些不易直观检查、不能直接检查的部件表面进行常规检查或缺陷检查，是一种发动机使用性能监测的高效手段。内窥镜检测技术具有携带方便、操作简单、观察角度广以及成像清晰等优势，目前广泛应用于国内外航空工业领域。本文通过对内窥镜检测技术在航空发动机上的应用分析，内窥镜检测技术所具备技术特点能准确地反映物体内的真实状况，可以大大提高检查和维修的效率，节省资金和时间成本;将内窥镜检测技术应用于航空发动机重要部件这一方案可行。

关键词：无损检测;内窥镜检测;航空发动机

1.无损检测技术

无损检测技术是一种能在不破坏试件组成和使用性能的条件下，对试件进行损伤探查的技术，亦称为免破坏性检查。是根据材料内部结构产生缺陷时所引起的许多方面的变化如声、热、光、电、磁等，利用物理变化或化学反应，依靠先进的技术设备，对被检测件损伤类型、位置、形状、尺寸等进行检测的技术手段。

根据检测原理的不同，无损检测可分为声学检测、热检测、光学检测、渗透检测、射线检测、微波检测与电磁学检测7类。

在航空工业中采用无损检测，在确保运营效率、降低原材料损耗方面意义深远。现如今飞机各种设备的结构日益复杂，再加上为了提高运营效率，经常出现疲劳运转的状况，导致故障率大幅上升，部分故障常规技术根本无法排查或无法满足检测要求，如不能在无损、短时间、恶劣环境下完成等，无损检测技术检测效率高、显示直观、可实现非接触、远距离及大面积检测等特点。荧光检测、磁粉检测和内窥镜检测逐渐成为航空领域保障体系中的重要支柱，应用前景巨大。

2.内窥镜检测技术

内窥镜检测技术是一种利用内窥设备对人眼视力无法观察的发动机内腔、狭小缝隙的内表面等进行观察的无损检测技术。内窥镜检测技术不但可以在不分解被检测件的情况下检查其装配的准确性，，而且可以对所发现的缺陷进行长度和深度测量;同时配合其他设备，可以在不拆卸机件的状态下清除多余物或对一些缺陷进行处理。尤其对深孔部件或管型零件在非破坏条件下，通过内窥镜检测技术实现内部结构和表面形态检测。

内窥镜检查是飞机发动机生产、装配、维护过程中重要的无损检测手段，是获得发动机性能及质量监控的一个重要信息来源，是发动机内部腔体的主要检查方法。

3.内窥镜的分类及特点

3.1内窥镜的分类

根据内窥镜的结构组成以及性能的差异，可将内窥镜分为直杆内窥镜、软式光纤内窥镜和视频内窥镜。

3.2内窥镜的特点

内窥镜检测技术具有使用方便、结果直观、费用低、速度快的特点，同时由于内窥镜本身具有放大作用，照明条件好，因此内窥镜检查对细节观察的灵敏度高，很容易发现直径小于0.2mm外来物及0.2mm深的凹陷。

但是由于内窥镜检测易受被检产品表面状态的干扰，导致误判，检测结果受检测人员主观因素影响大。另外内窥镜检测一次观察区域小，进行大面积检查效率低;柔性探头顺利达到指定位置有一定难度。受探头制造工艺和技术水平的影响，直径小于4mm的探头分辨能力与实际需求尚有一定差距，柔性探头的导向及弯曲度不能达到理想的要求，检测存在死角。

4.内窥镜检测技术应用于航空发动机的分析

航空发动机作为飞行器的最主要动力来源，对飞机的主要性能如推力、推重比、单位耗油率、起飞滑跑距离等有着极大的影响;而航空发动机的工作条件往往十分恶劣，通常情况下需要承受上千摄氏度的高温，转子转速高达上万转每分钟，并且燃油的不完全燃烧产生的硫化物残留等，这些因素决定了航空发动机极易产生热疲劳、局部应力集中、转子偏心、表面氧化腐蚀等损伤现象。极易引起发动机叶片断裂、局部节流、局部过热和发动机剧烈振动等现象甚至出现发动机空中停车的严重后果，可能造成巨大的生命财产损失。

为了避免以上不良后果的产生，机务维修人员需要定期对航空发动机进行检查维护，外部损伤可由目视检查，但内部腔体损伤就必须将整个发动机进行拆解。为了缩短发动机维修时间，保证航空公司的运营成本和效率，将无损检测技术引进到机务维修工作当中是十分重要的。

4.1内窥镜检测技术在航空发动机燃烧室火焰筒上的应用分析

在结构上，航空发动机燃烧室火焰筒为封闭筒体结构，材料采用耐热合金或复合材料制成，工作环境为高温高压流体，易产生裂纹，硫化物腐蚀等。发动机燃烧室火焰筒以及燃油喷组等检查时引进内窥镜检测技术;内窥镜检测技术用于航空发动机火焰筒裂纹、腐蚀和变形、燃油喷嘴等缺陷的检查。

4.2内窥镜检测技术在航空发动机转子减速器齿轮系统的应用分析

材料上，航空发动机转子减速器齿轮系统铁镍合金、锰钛合金等耐磨材料制成;空间结构上，齿轮数量较多，齿轮之间装配紧凑，空余间隙小;工作环境，运行时转速高，发热量大，极易发生磨损，齿面胶合等失效现象;综上所述，该航空发动机转子减速器齿轮系统在工作环境和空间结构等方面都不易接近，故在航空发动机转子减速器齿轮系统的检测中可以采用软管式光纤内窥镜。

4.3内窥镜检测技术在航空发动机叶片检测中的应用分析

航空发动机压气机工作介质为高压外部空气，航空发动机涡轮的工作介质都为高温高压燃气。材料为合金或复合材料，部分航空发动机涡轮转子采用抗腐蚀单晶合金制造。不难看出，在材料、工作介质等方面，航空发动机叶片为易损坏部件，尤其是高压压气机叶片和高压涡轮叶片。因此在航空发动机转子叶片的故障检查中可以采用软管式光纤内窥镜。当然航空发动机部件也存在拆装难度大的问题，运用内窥镜检测技术大大降低了维护检测周期。

4.4小结

通过以上三个案例对比来看，将内窥镜检测应用于发动机定期检查、突发事件维修及已出现故障维修。内窥镜检测技术所具有的视角广泛、成像清晰度高、可探测狭小空间的特点完全可以满足航空发动机检查中的苛刻要求。内窥镜检测技术能在航空发动机的维护中发挥着十分重要的作用，发动机的关键部件，例如主气流通道部件、高压压气机、高压和低压涡轮的各级轮盘及叶片、燃油喷嘴等都是不易拆卸且检测可达性较差的零部件，对于这些零部件的检查与监测工作大都是通过内窥镜技术完成的。

内窥镜检测技术在航空发动机维护中的重要作用具体体现在两个方面：1计划性内窥检查（常规检查）;2非计划性内窥检查（故障检查，安装检查等）。

5.结束语

总而言之，内窥镜检测技术使用方便，成像清晰，但属于目视检查，存在漏检的可能。可以尝试验证将内窥镜检测技术作为观察手段与涡流检测技术、磁粉检测技术、超声检测技术等其他无损检测技术相结合使用的可行性。

参考文献：

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