拍X光、做B超、DNA檢測(cè)……航空發(fā)動(dòng)機(jī)怎樣做“體檢”？

付毅飛

如果身上不舒服，我們會(huì)去醫(yī)院檢查、開藥；為預(yù)防重大疾病，還會(huì)定期體檢。

比人類更害怕“生病”的，航空發(fā)動(dòng)機(jī)得算一個(gè)。它的工作崗位在幾千甚至上萬(wàn)米高空，如果出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致飛機(jī)失去動(dòng)力，后果可能是機(jī)毀人亡。因此對(duì)它來(lái)說(shuō)，時(shí)刻保持“身體健康”至關(guān)重要。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣“體檢”的？近日，航空發(fā)動(dòng)機(jī)專家、重慶天驕航空動(dòng)力有限公司生產(chǎn)總監(jiān)陳華向記者進(jìn)行了介紹。

上崗前要做“入職體檢”

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是高度復(fù)雜的精密機(jī)械，包括進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管五大部件。“一臺(tái)中型發(fā)動(dòng)機(jī)的零件數(shù)就有2萬(wàn)多件。”陳華說(shuō)，這些零件結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜，對(duì)材料和制造精度要求很高，加工難度也很大。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中要經(jīng)歷各種試驗(yàn)和測(cè)試，包括部件試驗(yàn)、核心機(jī)試驗(yàn)、整機(jī)地面試驗(yàn)、高空試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)等。以高空試驗(yàn)為例，主要包括環(huán)境試驗(yàn)、風(fēng)車狀態(tài)試驗(yàn)、系統(tǒng)控制試驗(yàn)、高度和速度特性試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)特性試驗(yàn)、投鳥試驗(yàn)、防冰試驗(yàn)、姿態(tài)試驗(yàn)、匹配試驗(yàn)等內(nèi)容。這些試驗(yàn)如同人生中大大小小的考試。航空發(fā)動(dòng)機(jī)也必須通過(guò)一次次考試，才能從設(shè)計(jì)走向量產(chǎn)，最終交付給客戶。

正式踏上工作崗位前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)還要經(jīng)歷“入職體檢”。與人類體檢相比，它的體檢有些類似，但項(xiàng)目更繁多、更復(fù)雜，包括成分檢測(cè)、尺寸和外觀檢查、宏觀和內(nèi)部微觀組織檢測(cè)，以及物理、化學(xué)、力學(xué)性能檢測(cè)等。

陳華介紹，零件用材料成分檢測(cè)，類似于人體的DNA檢測(cè)，這個(gè)基本參數(shù)可作為“身份”的確認(rèn)。尺寸和外觀檢查，類似于人類檢查身高體重，將決定發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸是否符合要求。物理、化學(xué)、機(jī)械性能檢測(cè)等，如同人類的視力、聽力等檢查，目的是看發(fā)動(dòng)機(jī)材料的功能是否能滿足要求。

可別嫌這些試驗(yàn)和檢測(cè)煩瑣，正是它們保障著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。以烏克蘭制造的TV3-117系列渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，該產(chǎn)品用于60多個(gè)國(guó)家，配裝在90%以上的米系列和卡系列直升機(jī)上，累計(jì)在役3萬(wàn)多臺(tái)，卻沒有1臺(tái)出現(xiàn)過(guò)空中停車現(xiàn)象。這樣連歐美都無(wú)法達(dá)到的可靠性，正是源于大量嚴(yán)謹(jǐn)、周密的試驗(yàn)。

不過(guò)，上述檢測(cè)都屬于破壞性檢查，一般是從一批樣品中抽取一件，或是從產(chǎn)品預(yù)留的試樣取樣區(qū)取樣進(jìn)行檢查。陳華說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造維修過(guò)程中，更常用的是無(wú)損檢測(cè)方法。其不會(huì)對(duì)零件造成損傷，又能反映出零件內(nèi)部有沒有大問(wèn)題，同時(shí)還能夠?qū)娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止因產(chǎn)品失效引起災(zāi)難性的后果。隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)已成為控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件質(zhì)量、保證飛行安全的重要技術(shù)手段。

體檢還能評(píng)估壽命

目前無(wú)損檢測(cè)方法有數(shù)十種。該技術(shù)已從單純的檢測(cè)，發(fā)展到能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的安全使用壽命進(jìn)行評(píng)估。

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件射線檢測(cè)就像人體體檢中的X光透照一樣，只是電流電壓等一些控制參數(shù)設(shè)置不同。陳華說(shuō)，射線檢測(cè)是基于被檢測(cè)對(duì)象對(duì)透入射線的不同吸收，檢測(cè)零件的內(nèi)部缺陷。檢測(cè)結(jié)果能直觀地顯示缺陷影像，便于對(duì)其進(jìn)行定性、定量分析。該方法對(duì)體積型缺陷比較敏感，主要用于鑄件和焊接件的檢測(cè)，包括渦輪葉片、鑄造機(jī)匣、殼體、焊縫缺陷以及空心葉片殘余型芯等。但難于發(fā)現(xiàn)與射線方向垂直的薄層缺陷。

發(fā)動(dòng)機(jī)超聲波檢測(cè)與B超類似，只是功率、頻率等參數(shù)不同。陳華說(shuō)，該方法利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生衰減，以及遇到界面發(fā)生反射的性質(zhì)來(lái)檢測(cè)缺陷。其優(yōu)點(diǎn)是僅需從一側(cè)接近試件，可對(duì)金屬、非金屬和復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)確定內(nèi)部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性質(zhì)等參量具有綜合優(yōu)勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)的鍛件和管、棒、板等型材，一般采用該方法排除原材料中的缺陷；盤軸等旋轉(zhuǎn)件，則可采用水浸超聲波檢測(cè)，以排除人為因素影響。

孔探檢測(cè)與醫(yī)院里常用的胃鏡、氣管鏡等內(nèi)窺檢查類似。其借助專用的工業(yè)內(nèi)窺設(shè)備，成為航線維護(hù)中唯一一種不用分解發(fā)動(dòng)機(jī)就能了解其內(nèi)部狀況的檢查手段，可用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)主氣流通道部件、高壓壓氣機(jī)、渦輪各級(jí)輪盤葉片、燃油嘖嘴、燃燒室等不易拆卸且檢測(cè)可達(dá)性較差的零部件。

滲透檢測(cè)，是讓滲透液與受檢件表面接觸，借助毛細(xì)作用滲透到零件表面開口的細(xì)小缺陷中，然后用顯像劑吸出這些滲透劑，從而在兩件表面顯出損傷或缺陷的圖像。該方法一次操作可檢測(cè)多個(gè)零件，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中有廣泛應(yīng)用，凡是用鋁合金、鈦合金、耐熱高溫合金制成的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，在大修或檢修時(shí)一般都會(huì)用熒光來(lái)檢測(cè)其表面損傷；外場(chǎng)條件下，常用著色法檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)上不能拆卸的零件。不過(guò)滲透檢測(cè)法只能查出零件表面的缺陷。

無(wú)損檢測(cè)還包括可用于鐵磁性材料表面裂紋、折疊、夾層、夾渣的磁粉檢測(cè)；以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，適用于導(dǎo)電材料的渦流檢測(cè)等技術(shù)。

未來(lái)可做到缺陷可視化

隨著航空工業(yè)發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)體檢技術(shù)也在不斷進(jìn)步。

陳華介紹，最新發(fā)展的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，是借助受應(yīng)力材料中局部瞬態(tài)位移所產(chǎn)生的應(yīng)力波進(jìn)行檢測(cè)的動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。典型的聲發(fā)射源是與缺陷有關(guān)的變形過(guò)程，例如裂紋擴(kuò)展與塑性變形。聲發(fā)射能量來(lái)源于材料中的彈性應(yīng)力場(chǎng)，沒有應(yīng)力，就沒有聲發(fā)射。因此聲發(fā)射檢測(cè)通常在加載過(guò)程中進(jìn)行，主要應(yīng)用包括監(jiān)視疲勞裂紋擴(kuò)展和焊接接頭質(zhì)量，復(fù)合材料構(gòu)建的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)等。

紅外檢測(cè)是基于紅外輻射原理，通過(guò)掃描記錄零件表面的溫度變化發(fā)現(xiàn)缺陷。檢測(cè)中，將固定熱量均勻地注入工件表面、向內(nèi)部擴(kuò)散。如果內(nèi)部有缺陷，均勻熱流會(huì)被缺陷所阻，經(jīng)過(guò)時(shí)間延遲，在缺陷部位產(chǎn)生熱量堆積，體現(xiàn)出溫度異常。該方法可檢測(cè)金屬和非金屬材料膠接件、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、金屬焊接、空心渦輪葉片等材料部件中的分層、空洞、裂紋、夾雜物等缺陷。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，對(duì)任何一處缺陷的疏忽，可能就會(huì)引發(fā)安全事故。“必須采用有效的檢測(cè)技術(shù)，滿足未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展要求，使其缺陷更加直觀地顯示出來(lái)，從而對(duì)缺陷的相關(guān)特征信息進(jìn)行有效的自動(dòng)提取和識(shí)別。”陳華說(shuō)，缺陷的可視化有利于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好的分析和處理，以滿足未來(lái)快速、高效的自動(dòng)化檢測(cè)需求。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》）endprint