拍X光、做B超、DNA檢測……航空發(fā)動機怎樣做“體檢”？

付毅飛

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

比人類更害怕“生病”的，航空發(fā)動機得算一個。它的工作崗位在幾千甚至上萬米高空，如果出現(xiàn)問題導(dǎo)致飛機失去動力，后果可能是機毀人亡。因此對它來說，時刻保持“身體健康”至關(guān)重要。

航空發(fā)動機是怎樣“體檢”的？近日，航空發(fā)動機專家、重慶天驕航空動力有限公司生產(chǎn)總監(jiān)陳華向記者進行了介紹。

上崗前要做“入職體檢”

航空發(fā)動機是高度復(fù)雜的精密機械，包括進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管五大部件?！耙慌_中型發(fā)動機的零件數(shù)就有2萬多件?！标惾A說，這些零件結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜，對材料和制造精度要求很高，加工難度也很大。

航空發(fā)動機在設(shè)計制造過程中要經(jīng)歷各種試驗和測試，包括部件試驗、核心機試驗、整機地面試驗、高空試驗、飛行試驗等。以高空試驗為例，主要包括環(huán)境試驗、風(fēng)車狀態(tài)試驗、系統(tǒng)控制試驗、高度和速度特性試驗、發(fā)動機狀態(tài)特性試驗、投鳥試驗、防冰試驗、姿態(tài)試驗、匹配試驗等內(nèi)容。這些試驗如同人生中大大小小的考試。航空發(fā)動機也必須通過一次次考試，才能從設(shè)計走向量產(chǎn)，最終交付給客戶。

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

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

可別嫌這些試驗和檢測煩瑣，正是它們保障著發(fā)動機的可靠性。以烏克蘭制造的TV3-117系列渦軸發(fā)動機為例，該產(chǎn)品用于60多個國家，配裝在90%以上的米系列和卡系列直升機上，累計在役3萬多臺，卻沒有1臺出現(xiàn)過空中停車現(xiàn)象。這樣連歐美都無法達到的可靠性，正是源于大量嚴謹、周密的試驗。

不過，上述檢測都屬于破壞性檢查，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)取樣進行檢查。陳華說，在發(fā)動機制造維修過程中，更常用的是無損檢測方法。其不會對零件造成損傷，又能反映出零件內(nèi)部有沒有大問題，同時還能夠?qū)娇瞻l(fā)動機實時監(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，無損檢測已成為控制航空發(fā)動機零件質(zhì)量、保證飛行安全的重要技術(shù)手段。

體檢還能評估壽命

目前無損檢測方法有數(shù)十種。該技術(shù)已從單純的檢測，發(fā)展到能對發(fā)動機零件的安全使用壽命進行評估。

發(fā)動機零部件射線檢測就像人體體檢中的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，射線檢測是基于被檢測對象對透入射線的不同吸收，檢測零件的內(nèi)部缺陷。檢測結(jié)果能直觀地顯示缺陷影像，便于對其進行定性、定量分析。該方法對體積型缺陷比較敏感，主要用于鑄件和焊接件的檢測，包括渦輪葉片、鑄造機匣、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)動機超聲波檢測與B超類似，只是功率、頻率等參數(shù)不同。陳華說，該方法利用超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生衰減，以及遇到界面發(fā)生反射的性質(zhì)來檢測缺陷。其優(yōu)點是僅需從一側(cè)接近試件，可對金屬、非金屬和復(fù)合材料進行檢測，對確定內(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。發(fā)動機的鍛件和管、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，以排除人為因素影響。

孔探檢測與醫(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，成為航線維護中唯一一種不用分解發(fā)動機就能了解其內(nèi)部狀況的檢查手段，可用于檢測發(fā)動機主氣流通道部件、高壓壓氣機、渦輪各級輪盤葉片、燃油嘖嘴、燃燒室等不易拆卸且檢測可達性較差的零部件。

滲透檢測，是讓滲透液與受檢件表面接觸，借助毛細作用滲透到零件表面開口的細小缺陷中，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多個零件，在航空發(fā)動機維修中有廣泛應(yīng)用，凡是用鋁合金、鈦合金、耐熱高溫合金制成的發(fā)動機零部件，在大修或檢修時一般都會用熒光來檢測其表面損傷；外場條件下，常用著色法檢測發(fā)動機上不能拆卸的零件。不過滲透檢測法只能查出零件表面的缺陷。

無損檢測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；以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，適用于導(dǎo)電材料的渦流檢測等技術(shù)。

未來可做到缺陷可視化

隨著航空工業(yè)發(fā)展，航空發(fā)動機體檢技術(shù)也在不斷進步。

陳華介紹，最新發(fā)展的聲發(fā)射檢測技術(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)力波進行檢測的動態(tài)無損檢測方法。典型的聲發(fā)射源是與缺陷有關(guān)的變形過程，例如裂紋擴展與塑性變形。聲發(fā)射能量來源于材料中的彈性應(yīng)力場，沒有應(yīng)力，就沒有聲發(fā)射。因此聲發(fā)射檢測通常在加載過程中進行，主要應(yīng)用包括監(jiān)視疲勞裂紋擴展和焊接接頭質(zhì)量，復(fù)合材料構(gòu)建的結(jié)構(gòu)完整性評價等。

紅外檢測是基于紅外輻射原理，通過掃描記錄零件表面的溫度變化發(fā)現(xiàn)缺陷。檢測中，將固定熱量均勻地注入工件表面、向內(nèi)部擴散。如果內(nèi)部有缺陷，均勻熱流會被缺陷所阻，經(jīng)過時間延遲，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)動機中，對任何一處缺陷的疏忽，可能就會引發(fā)安全事故?！氨仨毑捎糜行У臋z測技術(shù)，滿足未來航空發(fā)動機的發(fā)展要求，使其缺陷更加直觀地顯示出來，從而對缺陷的相關(guān)特征信息進行有效的自動提取和識別。”陳華說，缺陷的可視化有利于對發(fā)動機進行良好的分析和處理，以滿足未來快速、高效的自動化檢測需求。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日報》）endprint