航空發(fā)動機孔探教學(xué)儀的設(shè)計與應(yīng)用

陳裕芹+邢瑞山+吉小兵

摘 要 傳統(tǒng)的航空發(fā)動機孔探實訓(xùn)教學(xué)缺少入門級的教學(xué)設(shè)備，造成孔探儀器損壞的同時，教學(xué)效果也欠佳。經(jīng)過多年的教學(xué)總結(jié)，逐漸構(gòu)思并研制出一套新的教學(xué)設(shè)備，既能很好地實現(xiàn)既定的教學(xué)效果，又能減少昂貴孔探設(shè)備的損壞。這是針對航空發(fā)動機孔探教學(xué)的首創(chuàng)，也是國內(nèi)航空院校迄今為止獨一無二的航空發(fā)動機教學(xué)設(shè)備。

關(guān)鍵詞 航空發(fā)動機；孔探；教學(xué)設(shè)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(fā)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(tǒng)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(fā)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(fā)動機殼體上的孔探口，在不分解發(fā)動機的情況下，用孔探儀對發(fā)動機進行可視檢查。而且，孔探越來越成為節(jié)省發(fā)動機維修成本和其日常監(jiān)控的有效途徑[1]。

航空發(fā)動機中，43%的故障由孔探發(fā)現(xiàn)，而且根據(jù)波音公司提供的資料表明，在被拆下的發(fā)動機中90%以上是根據(jù)孔探檢查出的[2]。由此可見，孔探工作對于航空發(fā)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(fā)明醫(yī)用內(nèi)窺鏡的雛形至今的200多年里，內(nèi)窺鏡（航空業(yè)稱為孔探）經(jīng)歷了三個大的發(fā)展階段，分別是剛性內(nèi)窺鏡、柔性內(nèi)窺鏡和柔性視頻內(nèi)窺鏡[3]。而具體按照不同的分類方法，內(nèi)窺鏡又可大致分類為：1）按照其能否彎曲分為剛性內(nèi)窺鏡和柔性內(nèi)窺鏡；2）按照其成像原理分為光學(xué)鏡和視頻鏡；3）按照其測量性能分為測量內(nèi)窺鏡和非測量內(nèi)窺鏡[4]。

2 傳統(tǒng)孔探教學(xué)中遇到的問題

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

1）由于不正確地開關(guān)設(shè)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(nèi)的操縱鋼絲斷裂；

3）由于對設(shè)備或發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)不熟悉，在過窄的通道內(nèi)彎曲探頭，從而造成探頭卡滯在發(fā)動機內(nèi)無法取出；

4）在孔探設(shè)備已穿過轉(zhuǎn)子葉片的情況下，轉(zhuǎn)動發(fā)動機轉(zhuǎn)子，從而造成孔探鏡探頭的損壞甚至折斷；

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

所以，用傳統(tǒng)的航空發(fā)動機孔探教學(xué)過程中，容易導(dǎo)致比較高的孔探設(shè)備的損壞率，而一臺孔探設(shè)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(shè)備維護費用，并導(dǎo)致設(shè)備送修而影響正常的教學(xué)。

3 發(fā)明新的教學(xué)設(shè)備器以解決教學(xué)中的問題

在發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機孔探實訓(xùn)教學(xué)過程中所遇到的問題之后，教學(xué)團隊一直在努力尋找解決之道。經(jīng)過多年的本課程教學(xué)經(jīng)驗積累，以及幾位教師的設(shè)計和制作，成功研制出一臺航空發(fā)動機孔探教學(xué)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(fā)動機孔探教學(xué)儀主要解決的技術(shù)問題是：提供一種航空發(fā)動機孔探教學(xué)設(shè)備，它能夠模擬飛機發(fā)動機內(nèi)的環(huán)境，讓教師可以使用其作為發(fā)動機實物的替代品對學(xué)生進行孔探教學(xué)，在極大地方便孔探教學(xué)的同時，減小孔探設(shè)備的人為損壞。

4 航空發(fā)動機孔探教學(xué)儀的結(jié)構(gòu)

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

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

本航空發(fā)動機孔探教學(xué)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(fā)動機內(nèi)部障礙物情況，學(xué)生可以從主體側(cè)壁的孔探口伸入孔探設(shè)備，學(xué)習(xí)如何操作孔探設(shè)備繞過或穿過發(fā)動機內(nèi)障礙物和檢查機內(nèi)損傷，從而達到培養(yǎng)學(xué)生利用孔探設(shè)備在密閉發(fā)動機機匣內(nèi)操作的空間感和方向感，提高學(xué)生對設(shè)備的熟悉程度，降低孔探設(shè)備的損壞率的目的。因此，本教學(xué)設(shè)備可廣泛用于航空發(fā)動機的孔探教學(xué)活動中。

參照圖1和圖2，航空發(fā)動機孔探教學(xué)儀包括箱狀的主體，所述主體內(nèi)設(shè)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(shè)有通孔，從而模擬航空發(fā)動機內(nèi)部的障礙物及孔探路徑；主體的壁上亦設(shè)有至少一個供外設(shè)的孔探設(shè)備伸入到主體內(nèi)的孔探口2?？滋娇?平時用堵頭封堵住，以模擬發(fā)動機環(huán)境，使用時將對應(yīng)的堵頭拔出。

參照圖3和圖4，作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述隔板1的下方設(shè)有插腳11，主體的內(nèi)底板3上設(shè)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(nèi)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(yōu)選的實施方式，所述主體內(nèi)設(shè)有圓形隔框區(qū)域4，所述圓形隔框區(qū)域4由上設(shè)通孔的、直立的圓周壁圍閉成，圓形隔框區(qū)域4內(nèi)裝有燃油噴嘴和旋流器，外設(shè)的孔探設(shè)備可以在繞過或穿過隔板之后，進入到所述圓形隔框區(qū)域4內(nèi)；所述主體具有可打開的上蓋5，當(dāng)所述上蓋5蓋上時，主體內(nèi)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(jié)構(gòu)，方便了安裝隔板，而當(dāng)探頭卡滯在本教學(xué)設(shè)備內(nèi)時，則可以打開上蓋，以手動的方式排除卡滯現(xiàn)象；所述主體內(nèi)還設(shè)有航空發(fā)動機損傷葉片。

主體被隔成幾個隔框后，每個隔框內(nèi)安裝的航空發(fā)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(xué)生了解葉片損傷類型的基礎(chǔ)上更好地掌握葉片典型損傷的特征。另外，圓形隔框區(qū)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(xué)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(zhuǎn)棱鏡硬桿鏡）或者柔性光纖內(nèi)窺鏡的探頭沿著隔框內(nèi)預(yù)設(shè)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(jié)束語

本文通過總結(jié)在過往航空發(fā)動機孔探教學(xué)中遇到的問題，引出廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院新開發(fā)出的航空發(fā)動機孔探教學(xué)儀，并將之與傳統(tǒng)的航空發(fā)動機孔探教學(xué)進行比較?？梢钥闯?，本航空發(fā)動機孔探教學(xué)儀可以在一臺設(shè)備上模擬出發(fā)動機的許多種內(nèi)部典型缺陷；可聚集許多常見的孔探路徑和發(fā)動機內(nèi)部環(huán)境；可對比利用孔探設(shè)備觀察和直觀觀察的結(jié)果；可以很方便地解決孔探過程中的卡滯問題，減少設(shè)備的損壞率；結(jié)構(gòu)簡單實用，價格便宜，收效顯著。同時插接隔板的設(shè)計，使本實用新型能夠根據(jù)實際隨時進行結(jié)構(gòu)改變，以適應(yīng)各種不同類型的航空發(fā)動機內(nèi)部環(huán)境模擬需要。因此，使用本航空發(fā)動機的孔探教學(xué)可以實現(xiàn)由簡到易的階梯式教學(xué)，取得良好的教學(xué)效果并降低發(fā)動機孔探設(shè)備的損壞率。

參考文獻

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[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(xùn)教材，2010：57-58.endprint