
內(nèi)視鏡系統(tǒng)一般使用于飛機(jī)以下部位的檢查:發(fā)動(dòng)機(jī)(含進(jìn)氣風(fēng)扇、壓縮機(jī)的渦輪葉片、燃燒筒、齒輪箱和滑油箱等),機(jī)體各部位(含機(jī)身、機(jī)翼、起落架系統(tǒng)、垂直/水平尾翼等),以及其它無(wú)法直接由目視觀察到的部位。檢查的項(xiàng)目以機(jī)件受到外物損傷、腐蝕、硫化、磨損、裂紋和污染物的影響為主。
在使用內(nèi)視鏡進(jìn)行檢測(cè)時(shí),首先應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素,做為選用內(nèi)視鏡設(shè)備的依據(jù):
1、檢查伸入孔的大小。檢查伸入孔的尺寸大小,將會(huì)限制內(nèi)視鏡鏡管直徑(或工作直徑)的大小。
2、檢測(cè)點(diǎn)的接近路徑。如果通往檢測(cè)點(diǎn)的接近路徑是直線型的,則比較適合采用剛性內(nèi)視鏡來(lái)進(jìn)行檢測(cè)工作;如果是彎曲(或曲折)的接近通路,就必須選用軟式光纖內(nèi)視鏡或電子圖像內(nèi)視鏡。
3、檢查伸入孔的位置。在檢測(cè)時(shí),必須將內(nèi)視鏡的物鏡伸入到足夠接近檢測(cè)點(diǎn)(或受檢物)的位置,才能開(kāi)展檢測(cè)工作。檢查伸入孔的位置將決定內(nèi)視鏡的觀測(cè)方向、接近路線和工作長(zhǎng)度的選取。如果在檢查入口沒(méi)有足夠的伸展空間,則檢驗(yàn)者可能需要一個(gè)與目鏡連接的調(diào)整器,以獲得最合適的觀測(cè)角度。
4、物鏡到受檢物的距離。無(wú)論是使用標(biāo)準(zhǔn)的還是高強(qiáng)度的光源,物鏡到受檢物之間的距離遠(yuǎn)近,都將會(huì)直接影響照明的需求量,而且,物鏡也需利用最佳的視角,來(lái)獲得最好的圖像分辨率和最大的放大率。
5、缺陷的大小。受檢物的缺陷大小差異很大,既有細(xì)如發(fā)絲的裂紋,也有較大的損壞裂痕。這些缺陷的尺寸大小,是選擇內(nèi)視鏡的放大率、視角、聚焦能力和鏡片分辨率的重要參考因素,以便能獲得合適而清晰的缺陷圖像。在通常情況下,較大的視角可以較快地掃描大的范圍,并且可避免在檢測(cè)時(shí)丟失部分受檢物圖像的情況。
6、受檢物的輪廓大小。受檢物的輪廓包括整個(gè)受檢物體、裂痕或裂紋,以及變形等部分的大小,這是確定視角和光源亮度的最重要因素之一。如果受檢物處于檢測(cè)區(qū)域的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或太深,則受檢物的某些部位可能會(huì)在不同的平面上,故所采用的內(nèi)視鏡系統(tǒng)必須具備足夠的調(diào)焦功能,以便可以在一個(gè)固定位置上,能夠很清楚地捕捉到不同距離或深度的受檢物圖像,并完整地傳送給檢驗(yàn)者。
7、光線的反射率(Reflectivity)。對(duì)于那些涂抹了碳涂料的漆黑物體表面而言,由于其光線反射率較差,因此需要較強(qiáng)的照明效果,才能獲得較佳的受檢物圖像。
三、可使用內(nèi)視鏡進(jìn)行檢查的缺陷
在進(jìn)行飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)檢查時(shí),最常見(jiàn)的缺陷大致有:外物損傷、硫化、裂紋和燒損四種,這四種缺陷均可通過(guò)內(nèi)視鏡進(jìn)行檢查。
1、外物損傷
在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)檢查中,對(duì)因外物而造成的各種損傷進(jìn)行檢查和處理,是飛機(jī)使用期間耗費(fèi)維修人力、物力最多的問(wèn)題。造成外物損傷的原因主要是發(fā)動(dòng)機(jī)吸入了松脫的金屬螺帽或鉚釘、冰雹、破碎的鋪路材料(碎石和水泥塊),以及遭受鳥(niǎo)的撞擊等。
2、硫化(Sulfidation)
所謂的“硫化”就是金屬的高溫腐蝕現(xiàn)象。這一現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的表面上,其原因是由于金屬(主要是鉻元素)和硫化鈉在機(jī)件表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的。長(zhǎng)期的化學(xué)反應(yīng)后將導(dǎo)致涂層逐步發(fā)生氧化,造成涂層脫落,隨后進(jìn)一步腐蝕金屬表面,使金屬表面呈現(xiàn)粗糙不平,進(jìn)而深入金屬內(nèi)部,使其結(jié)構(gòu)徹底損壞。與金屬發(fā)生反應(yīng)的硫化鈉是在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中,硫酸鹽與鈉元素受熱而產(chǎn)生的。通常情況下,硫化現(xiàn)象從開(kāi)始發(fā)生到機(jī)件表面完全損壞為止,大致可分為以下五級(jí):
一級(jí)——涂層表面出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。
二級(jí)——起泡區(qū)域開(kāi)始擴(kuò)大,并產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。
三級(jí)——?jiǎng)冸x現(xiàn)象擴(kuò)大形成塊狀脫落。
四級(jí)——腐蝕情況已傷及金屬母體。
五級(jí)——金屬母體被穿透。
當(dāng)發(fā)生一到三級(jí)的情況時(shí),機(jī)件還可繼續(xù)使用,到發(fā)生四級(jí)以上情況時(shí),則必須將其更換,否則將可能產(chǎn)生安全性后果。
3、裂紋(Crack)
金屬材料經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵馐艹?fù)荷或震動(dòng)所產(chǎn)生的嚴(yán)重應(yīng)力(包括壓力、拉力和剪切力),而導(dǎo)致斷裂,即出現(xiàn)裂紋。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件發(fā)生裂紋的主要原因除突然遭受嚴(yán)重超過(guò)正常負(fù)荷的應(yīng)力外,機(jī)件內(nèi)因存在尖角、雜物、銹蝕,以及各螺栓的緊度不夠造成震動(dòng)等原因組合在一起,也會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂紋發(fā)生。
另外,還有一種疲勞裂紋(Fatigue Crack),這種裂紋不是由于遭受非常強(qiáng)大的應(yīng)力集中造成的,而是當(dāng)機(jī)件內(nèi)存在不大的應(yīng)力但該應(yīng)力反復(fù)作用時(shí),導(dǎo)致在一個(gè)或幾個(gè)小的區(qū)域內(nèi),材料的強(qiáng)度不斷降低,最終出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。疲勞裂紋通常從應(yīng)力集中處開(kāi)始延伸,當(dāng)應(yīng)力大小屬于正常應(yīng)力范圍,但超過(guò)材料的剩余強(qiáng)度時(shí),將導(dǎo)致材料斷裂。
4、燒損(Burnning)
當(dāng)機(jī)件的材料結(jié)構(gòu)遭受無(wú)法承受的較高溫度時(shí),會(huì)因?yàn)榭焖俚难趸饔枚苯託p金屬材料。通常情況下,金屬材料在燒損之前,首先會(huì)改變顏色,其表面顏色的變化依次為紅色、紫色、紫黑色和純黑色,最后達(dá)到穿孔或完全燒毀的程度。通過(guò)對(duì)燒損部位的缺陷尺寸進(jìn)行測(cè)量,可供檢查人員判斷是否應(yīng)將其更換。
四、使用內(nèi)視鏡進(jìn)行檢測(cè)的主要效益
在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)和維修過(guò)程中,尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)部分的維修檢查中,內(nèi)視鏡檢測(cè)是相當(dāng)重要的一種手段。飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)不但具有非常復(fù)雜的構(gòu)造,而且必須承受極高的應(yīng)力、長(zhǎng)時(shí)間的高速運(yùn)轉(zhuǎn)(通常高達(dá)每分鐘2000轉(zhuǎn)的速度),并承受極高溫(高于多數(shù)金屬的溶點(diǎn)溫度)的燃?xì)馑a(chǎn)生的大量能量。同時(shí),某些飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)需要以大約每秒1000磅的壓縮速率來(lái)壓縮空氣,因此,其壓縮機(jī)葉片的葉尖會(huì)達(dá)到非常高的速度。在以上運(yùn)轉(zhuǎn)條件下,不論發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有多么堅(jiān)固,都有可能會(huì)發(fā)生外物損壞、腐蝕、浸蝕、硫化、熱退化、裂痕(紋)和變形等情況,對(duì)飛機(jī)的飛行安全造成隱患。而且,這些缺陷大多位于機(jī)內(nèi)難以接近的地方,增加了檢查/維修的難度。使用內(nèi)視鏡系統(tǒng)進(jìn)行檢查,能夠有效地增加飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性,適時(shí)預(yù)防(或降低)發(fā)生意外事件的可能性,促進(jìn)飛機(jī)的飛行安全。
從以色列薩斯納(Cessna)飛機(jī)公司在其TFE-731型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的檢查中使用內(nèi)視鏡的情況,可以看出內(nèi)視鏡給飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)帶來(lái)的巨大好處。在各國(guó)飛機(jī)廠商進(jìn)行渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢查時(shí),主要是使用顯微鏡來(lái)進(jìn)行,因?yàn)橹挥羞@樣才能達(dá)到制造廠商嚴(yán)格的規(guī)范要求。但是,每臺(tái)TFE-731型發(fā)動(dòng)機(jī)上有236個(gè)渦輪葉片,檢查人員使用顯微鏡對(duì)這些渦輪葉片的邊緣進(jìn)行檢測(cè)時(shí),往往需要彎著身子持續(xù)工作好幾個(gè)小時(shí),這對(duì)工作者來(lái)說(shuō)是一件極為漫長(zhǎng)、沉悶而辛苦的工作。如果使用電子圖像內(nèi)視鏡來(lái)執(zhí)行上述工作,則檢測(cè)人員可以通過(guò)監(jiān)視器的屏幕,在舒適的位置上觀看渦輪葉片的檢查情況,極大地緩解了檢查人員的疲勞程度。
電子圖像內(nèi)視鏡除了能把被檢物的圖像通過(guò)其末端的電子感應(yīng)器傳送到監(jiān)視器外,其鏡片的光學(xué)設(shè)計(jì)還可提供約20倍的放大能力,從而增強(qiáng)檢查工作中的觀察效果。如果使用傳統(tǒng)的顯微鏡來(lái)執(zhí)行檢測(cè),檢測(cè)人員通常要花上2至3小時(shí),才能將所有渦輪葉片檢查完畢,而使用電子圖像內(nèi)視鏡檢測(cè)系統(tǒng)之后,所需時(shí)間將縮短至一個(gè)多小時(shí),并且可以讓一組人員同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)相關(guān)的檢查工作,從而大幅度提高維護(hù)檢查的工作效率。
除上述優(yōu)點(diǎn)外,內(nèi)視鏡檢測(cè)系統(tǒng)還可以大幅度節(jié)省飛機(jī)的維修成本。根據(jù)以色列某航空公司的統(tǒng)計(jì)報(bào)告指出,在其沒(méi)有使用內(nèi)視鏡檢測(cè)系統(tǒng)之前,完成一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)工作,要花費(fèi)1200個(gè)人工-小時(shí),并且讓待檢修的發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于停工狀態(tài)。自從采用光纖內(nèi)視鏡和電子圖像設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)之后,其所需的檢測(cè)工時(shí)僅要4個(gè)人工-小時(shí),僅為原來(lái)的三百分之一,可使每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的維修成本節(jié)省20萬(wàn)美元,大幅度降低了該公司的總營(yíng)運(yùn)成本。
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