基于USB內(nèi)窺鏡的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)

張瑩　史曉強(qiáng)　胡國臣

【摘要】孔探是航空發(fā)動機(jī)維護(hù)的重要檢測手段之一，可協(xié)助維護(hù)人員確定發(fā)動機(jī)內(nèi)部狀況。由于設(shè)備昂貴，無法在相關(guān)教學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行大范圍的孔探教學(xué)。為提高航空類院校在孔探檢測方面的教學(xué)能力，研究開發(fā)基于工業(yè)內(nèi)窺鏡的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由USB內(nèi)窺鏡、計算機(jī)和孔探教學(xué)軟件組成，可在教室內(nèi)實現(xiàn)孔探演示和教學(xué)，同時與實際發(fā)動機(jī)結(jié)合，模擬真實孔探過程，可在維修實習(xí)等實踐教學(xué)中進(jìn)行推廣。

【關(guān)鍵詞】航空發(fā)動機(jī) 孔探 教學(xué) 內(nèi)窺鏡

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）03-0115-02

對于航空發(fā)動機(jī)特別是民航中常用的高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，由于其高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的工作環(huán)境，如不能及時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部的故障隱患，很可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及發(fā)動機(jī)維修設(shè)備和手段的多樣化，采用孔探技術(shù)對發(fā)動機(jī)損傷和故障隱患進(jìn)行診斷并判定損傷等級是新型維修方式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。目前幾乎所有的航空發(fā)動機(jī)在維護(hù)時對于核心機(jī)部分的內(nèi)部檢查，尤其是一些不易拆卸且可達(dá)性較差的零部件，都要用到孔探技術(shù)[2-3]。隨著孔探技術(shù)的不斷發(fā)展，對于孔探人員的技能要求越來越高，因此，針對孔探人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)就很有必要。

我國民航目前從事發(fā)動機(jī)孔探工作的有近600人，這與目前運輸飛機(jī)擁有量、維修規(guī)模和深度及未來幾年的預(yù)期規(guī)模相比極不適應(yīng)。由于機(jī)隊規(guī)模和發(fā)動機(jī)孔探工作量分布不均，也導(dǎo)致人員分布不均勻。為了提高孔探人員的檢測技能，強(qiáng)化安全意識，需要從基層的航空類院校抓起。由于專業(yè)設(shè)備價格昂貴，導(dǎo)致用于教學(xué)的孔探儀數(shù)量短缺，在孔探教學(xué)中，普遍出現(xiàn)了理論多、實踐少、二者結(jié)合不佳的教學(xué)問題。為此，設(shè)計研發(fā)了一套低成本、易于操作的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以直接應(yīng)用在真實發(fā)動機(jī)孔探口，對課堂教學(xué)和實踐教學(xué)都具有較高的實用價值，可有效提高孔探教學(xué)質(zhì)量。

一、系統(tǒng)基本功能與組成

航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)由兩部分組成。其中，硬件部分為用于捕獲圖像的USB內(nèi)窺鏡以及用于顯示圖像的計算機(jī)；軟件部分利用C#語言編寫，主要完成調(diào)用攝像頭進(jìn)行拍照，并對所拍攝圖片進(jìn)行尺寸分析等功能。在系統(tǒng)中，計算機(jī)相當(dāng)于一個用于視頻輸出的屏幕，內(nèi)窺鏡相當(dāng)于獲取視頻源的攝像頭，而軟件是使內(nèi)窺鏡與電腦完美連接的內(nèi)在驅(qū)動。

系統(tǒng)開發(fā)中，使用帶有USB接口的內(nèi)窺鏡來模擬真實的孔探儀探頭部分。該工業(yè)內(nèi)窺鏡擁有6盞可調(diào)亮度的LED燈、200萬像素、8.5毫米口徑，其固定焦距為3～8厘米。成像穩(wěn)定，清晰，尤其適用于狹小空間和難以察視的位置的檢查。

教學(xué)軟件是整個教學(xué)系統(tǒng)的核心部分，基于Windows系統(tǒng)和C#語言進(jìn)行編寫。程序為C#的窗體應(yīng)用程序；內(nèi)窺鏡攝像頭的調(diào)用通過引用AForge.Net類庫來實現(xiàn)，該庫是一個開源項目，提供很多圖像的處理和視頻處理功能。軟件設(shè)計了兩個窗體，主窗體實現(xiàn)USB內(nèi)窺鏡攝像頭的調(diào)用并進(jìn)行拍照；另外一個窗體對圖片進(jìn)行孔探分析，主要是損傷尺寸的分析與記錄等。由于探頭本身不能旋轉(zhuǎn)，利用軟件設(shè)計實現(xiàn)立體測量功能，可自動測量損傷的長度、面積和深度。

二、系統(tǒng)在孔探教學(xué)中的應(yīng)用

為模擬孔探檢測的整個過程，選取了我們民航常見CFM56-3發(fā)動機(jī)的高壓渦輪區(qū)域作為觀察對象，該區(qū)域有用于檢測的孔探口。圖1為孔探教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于民航發(fā)動機(jī)的現(xiàn)場教學(xué)照片。

在將內(nèi)窺鏡的探頭插入CFM56-3發(fā)動機(jī)高壓渦輪內(nèi)部并獲得圖像的時候，點擊拍照按鈕，就會在電腦的指定位置記錄下當(dāng)前圖像。然后單擊菜單欄文件下面的孔探分析按鈕，就會彈出孔探分析界面，此時需要打開圖片進(jìn)行分析，通過測量圖片上任意兩點之間的距離即可實現(xiàn)對損傷的分析。為得到測量真實值，使用比較法獲取所要測量的尺寸。即需要事先知道所拍攝圖片上作為參考兩點之間的真實距離，并以它作為參考值，在程序中輸入此參考值以及參考兩點之間的圖上距離，和所需測量尺寸的圖上距離，點擊尺寸計算按鈕，便可得到所需測量尺寸的真實距離，并顯示在孔探分析界面上，如圖2所示。

三、結(jié)束語

開發(fā)基于USB內(nèi)窺鏡的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)，可彌補(bǔ)在航空類院校中由于孔探設(shè)備昂貴、數(shù)量短缺而導(dǎo)致理論與實踐不能很好結(jié)合的問題。該系統(tǒng)安裝使用方便，適用性強(qiáng)，既可將系統(tǒng)連接在教學(xué)用電腦上，利用投影儀演示整個孔探檢測的過程，又可配備一定數(shù)量價格低廉的工業(yè)內(nèi)窺鏡，在實習(xí)和實踐教學(xué)中進(jìn)行推廣，具有較高的實用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐超群，閆國華. 航空維修管理[M]. 北京：中國民航出版社， 2012.

[2]陳果，湯洋. 基于孔探圖像紋理特征的航空發(fā)動機(jī)損傷識別方法[J]. 儀器儀表學(xué)報. 2008，29（8）： 1709-1713.

[3]石宏，項松等. 無損檢測在航空發(fā)動機(jī)維修中的應(yīng)用[J]. 航空制造技術(shù). 2008，4（5）： 72-74.