航空發動機孔探教學儀的設計與應用

陳裕芹+邢瑞山+吉小兵

摘 要 傳統的航空發動機孔探實訓教學缺少入門級的教學設備，造成孔探儀器損壞的同時，教學效果也欠佳。經過多年的教學總結，逐漸構思并研制出一套新的教學設備，既能很好地實現既定的教學效果，又能減少昂貴孔探設備的損壞。這是針對航空發動機孔探教學的首創，也是國內航空院校迄今為止獨一無二的航空發動機教學設備。

關鍵詞 航空發動機；孔探；教學設備

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）20-0040-03

Design & Application of Aero Engine Borescope Inspection Tea-ching Instrument//CHEN Yuqin， XING Ruishan， JI Xiaobing

Abstract There are some problems in the traditional aero engine borescope inspection（BSI） practical course， which results in some damage of equipment and poor teaching effect. Based on several years teaching summaries， the BSI teaching instrument is a new teaching equipment which is a pioneering and unique teaching equipment in the aviation colleges so far. It can both achieves original teaching effect and reduces the damage of expensive borescope equipments.

Key words aero engine； borescope inspection； teaching instrument

1 簡介

航空發動機是飛機的心臟，除了給飛機提供動力之外，還給飛機的許多重要系統提供動力或氣源。因此，它的健康狀況直接影響到飛機的飛行安全。發動機的健康狀況的檢查主要是通過對其進行孔探檢查。孔探是指利用發動機殼體上的孔探口，在不分解發動機的情況下，用孔探儀對發動機進行可視檢查。而且，孔探越來越成為節省發動機維修成本和其日常監控的有效途徑[1]。

航空發動機中，43%的故障由孔探發現，而且根據波音公司提供的資料表明，在被拆下的發動機中90%以上是根據孔探檢查出的[2]。由此可見，孔探工作對于航空發動機的健康管理、對于飛行安全都起著非常重要的作用。

從1806年德國人Philipp Bozzini發明醫用內窺鏡的雛形至今的200多年里，內窺鏡（航空業稱為孔探）經歷了三個大的發展階段，分別是剛性內窺鏡、柔性內窺鏡和柔性視頻內窺鏡[3]。而具體按照不同的分類方法，內窺鏡又可大致分類為：1）按照其能否彎曲分為剛性內窺鏡和柔性內窺鏡；2）按照其成像原理分為光學鏡和視頻鏡；3）按照其測量性能分為測量內窺鏡和非測量內窺鏡[4]。

2 傳統孔探教學中遇到的問題

傳統的航空發動機孔探教學方式是讓學員直接利用這幾種內窺鏡對某型號航空發動機進行孔探練習。但由于學員沒有任何經驗，缺乏航空發動機密閉空間內的空間感和方向感，并對設備操作不熟悉，從而比較容易造成設備損壞。其主要設備損壞方式有以下幾種：

1）由于不正確地開關設備，造成主機的電路燒壞或燈絲壽命減短；

2）過度彎曲柔性光纖探頭，從而造成探頭柔性鏡內的操縱鋼絲斷裂；

3）由于對設備或發動機內部結構不熟悉，在過窄的通道內彎曲探頭，從而造成探頭卡滯在發動機內無法取出；

4）在孔探設備已穿過轉子葉片的情況下，轉動發動機轉子，從而造成孔探鏡探頭的損壞甚至折斷；

5）在觀察轉動的轉子葉片時，探頭與轉子葉片相距太近，從而造成探頭前端的磨損。

所以，用傳統的航空發動機孔探教學過程中，容易導致比較高的孔探設備的損壞率，而一臺孔探設備的價格最便宜也得十萬左右，貴則可達上百萬，從而會帶來高昂的設備維護費用，并導致設備送修而影響正常的教學。

3 發明新的教學設備器以解決教學中的問題

在發現航空發動機孔探實訓教學過程中所遇到的問題之后，教學團隊一直在努力尋找解決之道。經過多年的本課程教學經驗積累，以及幾位教師的設計和制作，成功研制出一臺航空發動機孔探教學儀，并申請了國家實用新型專利（專利號：ZL 201220610536.1），如圖1所示。

本航空發動機孔探教學儀主要解決的技術問題是：提供一種航空發動機孔探教學設備，它能夠模擬飛機發動機內的環境，讓教師可以使用其作為發動機實物的替代品對學生進行孔探教學，在極大地方便孔探教學的同時，減小孔探設備的人為損壞。

4 航空發動機孔探教學儀的結構

航空發動機孔探教學儀，包括箱狀的主體，所述主體內設有若干個隔板，這些隔板間隔布置，并且部分隔板上設有通孔，從而模擬航空發動機內部的障礙物及孔探路徑；主體的壁上亦設有至少一個供外設的孔探設備伸入到主體內的孔探口，如圖2所示。

作為上述結構的進一步改進，所述隔板的下方設有插腳，主體的內底板上設有供所述插腳插入、讓隔板直立的插腳孔；所述主體內設有圓形隔框區域，所述圓形隔框區域由上設通孔的、直立的圓周壁圍閉成，圓形隔框區域內裝有燃油噴嘴和旋流器，外設的孔探設備可以在繞過或穿過隔板之后，進入到所述圓形隔框區域內；所述主體具有可打開的上蓋，當所述上蓋蓋上時，主體內形成暗室；所述主體內還設有航空發動機損傷葉片。endprint

本航空發動機孔探教學儀的有益效果是：利用間隔布置的隔板來模擬實際的航空發動機內部障礙物情況，學生可以從主體側壁的孔探口伸入孔探設備，學習如何操作孔探設備繞過或穿過發動機內障礙物和檢查機內損傷，從而達到培養學生利用孔探設備在密閉發動機機匣內操作的空間感和方向感，提高學生對設備的熟悉程度，降低孔探設備的損壞率的目的。因此，本教學設備可廣泛用于航空發動機的孔探教學活動中。

參照圖1和圖2，航空發動機孔探教學儀包括箱狀的主體，所述主體內設有若干個隔板1，這些隔板1間隔布置，并且部分隔板1上設有通孔，從而模擬航空發動機內部的障礙物及孔探路徑；主體的壁上亦設有至少一個供外設的孔探設備伸入到主體內的孔探口2。孔探口2平時用堵頭封堵住，以模擬發動機環境，使用時將對應的堵頭拔出。

參照圖3和圖4，作為上述技術方案的進一步改進，所述隔板1的下方設有插腳11，主體的內底板3上設有供所述插腳11插入、讓隔板1直立的插腳孔31。為了方便隔板1能安裝在內底板3上，在每塊隔板的下方均裝上兩個直徑為4.5 mm的插腳11，插腳孔31的孔徑與插腳11大小配合，使得既方便插入與拔出，又不至于太過松動。

進一步作為優選的實施方式，所述主體內設有圓形隔框區域4，所述圓形隔框區域4由上設通孔的、直立的圓周壁圍閉成，圓形隔框區域4內裝有燃油噴嘴和旋流器，外設的孔探設備可以在繞過或穿過隔板之后，進入到所述圓形隔框區域4內；所述主體具有可打開的上蓋5，當所述上蓋5蓋上時，主體內形成暗室。上蓋5通過撐桿與主體連接，使上蓋5可撐開。上蓋5的可開啟結構，方便了安裝隔板，而當探頭卡滯在本教學設備內時，則可以打開上蓋，以手動的方式排除卡滯現象；所述主體內還設有航空發動機損傷葉片。

主體被隔成幾個隔框后，每個隔框內安裝的航空發動機損傷葉片，包括壓氣機和渦輪的葉片，其或無缺陷，或具有典型的損傷，損傷類型包括不同位置和方向的裂紋、葉尖磨損、腐蝕、燒蝕、積碳、掉塊、卷曲、硫化等，可讓學生了解葉片損傷類型的基礎上更好地掌握葉片典型損傷的特征。另外，圓形隔框區域4用于模擬燃燒室的筒壁，其中間裝有燃油噴嘴和旋流器，方便學生掌握燃油噴嘴和旋流器的典型損傷。

操作時，將硬桿鏡（包括可轉棱鏡硬桿鏡）或者柔性光纖內窺鏡的探頭沿著隔框內預設的路徑慢慢伸入，慢慢找到目標葉片或零件；操作探頭控制旋鈕，詳細觀察，尋找缺陷；并拍下照片或視頻；觀察完畢后緩慢地將探頭往外抽出；擰上之前打開的孔探口2的堵頭。

5 結束語

本文通過總結在過往航空發動機孔探教學中遇到的問題，引出廣州民航職業技術學院新開發出的航空發動機孔探教學儀，并將之與傳統的航空發動機孔探教學進行比較。可以看出，本航空發動機孔探教學儀可以在一臺設備上模擬出發動機的許多種內部典型缺陷；可聚集許多常見的孔探路徑和發動機內部環境；可對比利用孔探設備觀察和直觀觀察的結果；可以很方便地解決孔探過程中的卡滯問題，減少設備的損壞率；結構簡單實用，價格便宜，收效顯著。同時插接隔板的設計，使本實用新型能夠根據實際隨時進行結構改變，以適應各種不同類型的航空發動機內部環境模擬需要。因此，使用本航空發動機的孔探教學可以實現由簡到易的階梯式教學，取得良好的教學效果并降低發動機孔探設備的損壞率。

參考文獻

[1]陳裕芹.航空發動機常見孔探檢測路徑的研究[J].內江科技，2013（10）：114-115.

[2]羅云林，李莉芬，李研強.基于機器視覺的航空發動機孔探技術研究[C]//2004中國控制與決策學術年會論文集.

2004：315-317.

[3]黃選紅.孔探檢測在航空發動機維護中的應用[J].測量與檢測技術，2009，36（8）：66-69.

[4]民航無損檢測人員資格鑒定與認證委員會.航空器目視檢測[M].成都：中國無損檢測人員培訓教材，2010：57-58.endprint