內視鏡檢測技術在發動機維修上的應用

     內視鏡系統一般使用于飛機以下部位的檢查：發動機（含進氣風扇、壓縮機的渦輪葉片、燃燒筒、齒輪箱和滑油箱等），機體各部位（含機身、機翼、起落架系統、垂直/水平尾翼等），以及其它無法直接由目視觀察到的部位。檢查的項目以機件受到外物損傷、腐蝕、硫化、磨損、裂紋和污染物的影響為主。

在使用內視鏡進行檢測時，首先應考慮以下幾個因素，做為選用內視鏡設備的依據：

1、檢查伸入孔的大小。檢查伸入孔的尺寸大小，將會限制內視鏡鏡管直徑（或工作直徑）的大小。

2、檢測點的接近路徑。如果通往檢測點的接近路徑是直線型的，則比較適合采用剛性內視鏡來進行檢測工作；如果是彎曲（或曲折）的接近通路，就必須選用軟式光纖內視鏡或電子圖像內視鏡。

3、檢查伸入孔的位置。在檢測時，必須將內視鏡的物鏡伸入到足夠接近檢測點（或受檢物）的位置，才能開展檢測工作。檢查伸入孔的位置將決定內視鏡的觀測方向、接近路線和工作長度的選取。如果在檢查入口沒有足夠的伸展空間，則檢驗者可能需要一個與目鏡連接的調整器，以獲得最合適的觀測角度。

4、物鏡到受檢物的距離。無論是使用標準的還是高強度的光源，物鏡到受檢物之間的距離遠近，都將會直接影響照明的需求量，而且，物鏡也需利用最佳的視角，來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，既有細如發絲的裂紋，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，并且可避免在檢測時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區域的長度過長或太深，則受檢物的某些部位可能會在不同的平面上，故所采用的內視鏡系統必須具備足夠的調焦功能，以便可以在一個固定位置上，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者。

7、光線的反射率（Reflectivity）。對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，因此需要較強的照明效果，才能獲得較佳的受檢物圖像。

三、可使用內視鏡進行檢查的缺陷

在進行飛機發動機的維護檢查時，最常見的缺陷大致有：外物損傷、硫化、裂紋和燒損四種，這四種缺陷均可通過內視鏡進行檢查。

1、外物損傷

在飛機發動機的維護檢查中，對因外物而造成的各種損傷進行檢查和處理，是飛機使用期間耗費維修人力、物力最多的問題。造成外物損傷的原因主要是發動機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），以及遭受鳥的撞擊等。

2、硫化（Sulfidation）

所謂的“硫化”就是金屬的高溫腐蝕現象。這一現象經常發生在渦輪發動機的表面上，其原因是由于金屬（主要是鉻元素）和硫化鈉在機件表面發生化學反應造成的。長期的化學反應后將導致涂層逐步發生氧化，造成涂層脫落，隨后進一步腐蝕金屬表面，使金屬表面呈現粗糙不平，進而深入金屬內部，使其結構徹底損壞。與金屬發生反應的硫化鈉是在發動機使用過程中，硫酸鹽與鈉元素受熱而產生的。通常情況下，硫化現象從開始發生到機件表面完全損壞為止，大致可分為以下五級：

一級——涂層表面出現起泡現象。

二級——起泡區域開始擴大，并產生剝離現象。

三級——剝離現象擴大形成塊狀脫落。

四級——腐蝕情況已傷及金屬母體。

五級——金屬母體被穿透。

當發生一到三級的情況時，機件還可繼續使用，到發生四級以上情況時，則必須將其更換，否則將可能產生安全性后果。

3、裂紋（Crack）

金屬材料經常會因為遭受超負荷或震動所產生的嚴重應力（包括壓力、拉力和剪切力），而導致斷裂，即出現裂紋。飛機發動機部件發生裂紋的主要原因除突然遭受嚴重超過正常負荷的應力外，機件內因存在尖角、雜物、銹蝕，以及各螺栓的緊度不夠造成震動等原因組合在一起，也會產生很強的應力集中，導致裂紋發生。

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大的應力集中造成的，而是當機件內存在不大的應力但該應力反復作用時，導致在一個或幾個小的區域內，材料的強度不斷降低，最終出現裂紋的現象。疲勞裂紋通常從應力集中處開始延伸，當應力大小屬于正常應力范圍，但超過材料的剩余強度時，將導致材料斷裂。

4、燒損（Burnning）

當機件的材料結構遭受無法承受的較高溫度時，會因為快速的氧化作用而直接毀損金屬材料。通常情況下，金屬材料在燒損之前，首先會改變顏色，其表面顏色的變化依次為紅色、紫色、紫黑色和純黑色，最后達到穿孔或完全燒毀的程度。通過對燒損部位的缺陷尺寸進行測量，可供檢查人員判斷是否應將其更換。

四、使用內視鏡進行檢測的主要效益

在飛機和發動機的維護和維修過程中，尤其是在發動機部分的維修檢查中，內視鏡檢測是相當重要的一種手段。飛機的發動機不但具有非常復雜的構造，而且必須承受極高的應力、長時間的高速運轉（通常高達每分鐘2000轉的速度），并承受極高溫（高于多數金屬的溶點溫度）的燃氣所產生的大量能量。同時，某些飛機的發動機需要以大約每秒1000磅的壓縮速率來壓縮空氣，因此，其壓縮機葉片的葉尖會達到非常高的速度。在以上運轉條件下，不論發動機的結構有多么堅固，都有可能會發生外物損壞、腐蝕、浸蝕、硫化、熱退化、裂痕（紋）和變形等情況，對飛機的飛行安全造成隱患。而且，這些缺陷大多位于機內難以接近的地方，增加了檢查/維修的難度。使用內視鏡系統進行檢查，能夠有效地增加飛機/發動機系統的可靠性，適時預防（或降低）發生意外事件的可能性，促進飛機的飛行安全。

從以色列薩斯納（Cessna）飛機公司在其TFE-731型發動機渦輪的檢查中使用內視鏡的情況，可以看出內視鏡給飛機發動機檢測帶來的巨大好處。在各國飛機廠商進行渦輪發動機葉片的檢查時，主要是使用顯微鏡來進行，因為只有這樣才能達到制造廠商嚴格的規范要求。但是，每臺TFE-731型發動機上有236個渦輪葉片，檢查人員使用顯微鏡對這些渦輪葉片的邊緣進行檢測時，往往需要彎著身子持續工作好幾個小時，這對工作者來說是一件極為漫長、沉悶而辛苦的工作。如果使用電子圖像內視鏡來執行上述工作，則檢測人員可以通過監視器的屏幕，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。

電子圖像內視鏡除了能把被檢物的圖像通過其末端的電子感應器傳送到監視器外，其鏡片的光學設計還可提供約20倍的放大能力，從而增強檢查工作中的觀察效果。如果使用傳統的顯微鏡來執行檢測，檢測人員通常要花上2至3小時，才能將所有渦輪葉片檢查完畢，而使用電子圖像內視鏡檢測系統之后，所需時間將縮短至一個多小時，并且可以讓一組人員同時進行多項相關的檢查工作，從而大幅度提高維護檢查的工作效率。

除上述優點外，內視鏡檢測系統還可以大幅度節省飛機的維修成本。根據以色列某航空公司的統計報告指出，在其沒有使用內視鏡檢測系統之前，完成一臺發動機的檢測工作，要花費1200個人工-小時，并且讓待檢修的發動機長時間處于停工狀態。自從采用光纖內視鏡和電子圖像設備進行檢測之后，其所需的檢測工時僅要4個人工-小時，僅為原來的三百分之一，可使每臺發動機的維修成本節省20萬美元，大幅度降低了該公司的總營運成本。