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航空发动机篦齿盘表面裂纹的“内窥镜”检测

 航空发动机篦齿盘上的均压孔是主要受力部位,在使用过程中易产生沿孔周边分布的表面裂纹,对发动机的正常使用和飞机的安全飞行构成严重威胁。因而,如何实现在不拆卸发动机情况下,有效地对其进行无损检测就变得至关重要。

  由于待测部位处于飞机内部,检测探头必须经过飞机外壳、发动机外壳等夹层的狭小空间,使得超声、射线、渗透等无损检测方法难以实施对均压孔的原位检测。目前主要采用的检测方法是人工目视检测和涡流检测。

  人工检测法工作效率比较低,而且故障诊断的准确性受到检查员操作的正确程度和判断力的限制,容易产生由于主观因素造成的误差。由于发动机的密封结构和篦齿盘位置的复杂性,在采用涡流检测时必须采用便携式视频内窥镜配合,提供照明同时延伸视觉引导检测人员找到均压孔的位置,操作复杂、费时费力。

  为了满足航空发动机检测的要求。提高检测的可靠性,对于篦齿盘的检测需要提出新的方法。近年来,由于各种检测需求的推动,便携式视频内窥镜的性能得到了很大的提高,先进的视频内窥镜可以提供明亮、高分辨率图像,将检测图像显示在监视器上,同时进行存储和处理。因此,便携式视频内窥镜的孔探技术已经成为监测发动机运行状态和诊断其内部表面损伤的有效手段之一。

 

2、孔探检测与裂纹特征

2.1孔探检测

  对篦齿盘均压孔进行原位检测时,探头需要经过飞机蒙皮、发动机外壳以及外涵道等预留的检测孔,空间狭小,难度较大,因此需要探头不仅能获得明亮、高分辨率的图像,同时要求探头能够灵活控制。在实际检测中,采用了博悦公司的“BVJ型便携式视频视频内窥镜

  探头直径为6.9mm,有效工作长度为3m。采用1/6″es-H2 CCD摄像头,采集到的图像的分辨率为768×494,探头视向为前视型,视场角≥100o,焦距为15mm ~ ∞。探头可以360o全方位连续导向,导向弯曲度≥90o,操作灵活、方便。采用超高亮白色LED 光照明,5级调光,可以通过PC机控制内窥镜,对检测图像进行存储、管理、处理等。

2.2裂纹特征

  篦齿盘的主要作用是防止经过高压压气机后的空气泄漏到压气机的卸荷腔,是发动机的关键零件。该盘由多个螺栓拉紧,盘本身的径应力较高(900 kPa)。篦齿盘外圆周上有32个均压孔。孔径均为5mm。由于设计结构使用过程中的振动应力导致盘均压孔处易产生裂纹。图2所示为篦齿盘拆分后的端面图,图中黑色箭头所指位置为均压孔位置。

  在实际操作中,无法保证内窥镜与盘面完全垂直,因此内窥镜图像中的均压孔边界一般不是一个规则的圆。为了增强均压孔抗疲劳强度,孔的边缘被处理为光滑的圆弧形,而且在孔的周围进行镀铬处理,镀铬后的均压孔周围发亮,因此,在内窥镜图像中孔的周围易出现反光现象。图3所示为两幅典型的均压孔孔探图像,其中图3(a)中孔周没有缺陷,(b)中孔周存在裂纹。通过对篦齿盘均压孔裂纹的形貌特征及受力情况进行分析发现:裂纹都起始于均压孔,延伸方向与应力方向垂直,即裂纹走向垂直于孔周;裂纹的深度由浅逐渐加深至裂透,长度逐渐加长,裂纹长度一般在918 mm范围内。

3、检测结果与分析

  分析影响内孔检测准确性的原因主要是实际检测中,便携式视频内窥镜探头是人工操作的,探头与盘面相对位置不易控制,所以光照条件和孔探图像质量难以保证。各种干扰的存在使得盘孔定位不准确,而造成误检和漏检。在实际的检测中,操作人员应当尽量保持内窥镜探头位于检查孔上方,并使其与盘面接近垂直,以保证盘孔定位的准确性和裂纹检测的可靠性。航空发动机密封式的结构特点决定了孔探技术在其故障诊断中的重要地位。

   传统发动机孔探检测中依靠人工观察进行故障判断,为了提高孔探检测的准确性和可靠性,利用便携式视频内窥镜采集篦齿盘均压孔图像,采用数字图像处理技术对盘孔表面裂纹进行检测。为了满足航空发动机检测的严格性和高可靠性的要求,考虑采用多种无损检测技术融合的方法来进一步降低篦齿盘均压孔裂纹检测的漏检率,其中,视觉检测方法和涡流检测方法的融合是下一步重点研究的方向。

 

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