航天航空孔探儀

探是當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢修過程中應(yīng)用最多的無損檢測(cè)方法，也是孔探圖像的唯一獲取途徑。近年來，深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)被應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)損傷分類、檢測(cè)中，為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢修智能化提出了一些現(xiàn)行有效的方法，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本文概述了航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)的發(fā)展和優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了專家系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)兩種人工智能技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)孔探圖像方面的應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)了基于孔探圖像實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)智能化面臨的一些挑戰(zhàn)。

2023-07-31 13:54:46上海熠達(dá)光電科技有限公司

孔探是當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢修過程中應(yīng)用最多的無損檢測(cè)方法，也是孔探圖像的唯一獲取途徑。近年來，深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)被應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)損傷分類、檢測(cè)中，為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢修智能化提出了一些現(xiàn)行有效的方法，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本文概述了航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)的發(fā)展和優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了專家系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)兩種人工智能技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)孔探圖像方面的應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)了基于孔探圖像實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)智能化面臨的一些挑戰(zhàn)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)飛行的主要?jiǎng)恿碓矗捎谄溟L(zhǎng)期工作在高溫、高壓、高振動(dòng)的工作環(huán)境中，且高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)起飛、著陸和地面滑行過程中容易吸入跑道和滑行道附近的石子、飛機(jī)遺落零部件、鳥禽等外來物，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)很容易發(fā)生故障。嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)故障將引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振或?qū)罩型＼?，?duì)飛行安全帶來極大的威脅。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)定期檢查或?qū)ν话l(fā)事件后的視情維修可以保證飛機(jī)的持續(xù)適航性，提高飛機(jī)的日利用率，節(jié)約維修成本，增加航空公司的經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)部部件和結(jié)構(gòu)損傷是航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的重要原因，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷通常使用無損探傷方法檢測(cè)，常用的無損探傷方法有磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)以及孔探（內(nèi)窺鏡檢查）。孔探因其快速性和便捷性是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢修中應(yīng)用最廣泛的無損檢測(cè)方法，傳統(tǒng)孔探檢查方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷的檢測(cè)和判斷主要依靠人工識(shí)別，對(duì)人員要求高，還存在檢測(cè)效率低的缺點(diǎn)。

近年來，專家系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法等人工智能技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)窺損傷智能檢測(cè)，本文介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探的特點(diǎn)和人工智能技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)中的應(yīng)用，總結(jié)了基于孔探圖像實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探智能檢測(cè)所面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

孔探是特殊作業(yè)人員通過操縱置于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的內(nèi)窺鏡對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的損傷特征進(jìn)行采集，再由人工對(duì)采集到的損傷進(jìn)行快速檢測(cè)和評(píng)估的航空發(fā)動(dòng)機(jī)無損檢測(cè)方法。內(nèi)窺鏡技術(shù)的發(fā)展歷程如圖1所示。19世紀(jì)初內(nèi)窺鏡檢測(cè)最早應(yīng)用于人類醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，20世紀(jì)20年代開發(fā)的軟、硬管式內(nèi)窺鏡首次用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的檢查。內(nèi)窺鏡經(jīng)歷了從最初的硬管式內(nèi)窺鏡到軟管式內(nèi)窺鏡，從20世紀(jì)60年代的光纖軟管式內(nèi)窺鏡發(fā)展到20世紀(jì)90年代的電子軟管式內(nèi)窺鏡，克服了硬管內(nèi)窺鏡無法彎曲導(dǎo)致探測(cè)距離短和光纖軟管內(nèi)窺鏡光纖容易折斷使圖像出現(xiàn)黑點(diǎn)的缺點(diǎn)，現(xiàn)今的電子內(nèi)窺鏡實(shí)現(xiàn)了孔探圖像和視頻信息的數(shù)字化存儲(chǔ)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)損傷的研究可以依托于孔探圖像來實(shí)現(xiàn)。我國(guó)在20世紀(jì)70—80年代從國(guó)外引進(jìn)了內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，主要用于航空航天產(chǎn)品內(nèi)部零部件的質(zhì)量檢查。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢測(cè)技術(shù)的日趨成熟，制造商在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣核心機(jī)部位預(yù)留了用于內(nèi)窺鏡進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行探傷的專門小孔，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)定期孔探檢修已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的重要項(xiàng)目，操縱內(nèi)窺鏡對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查的維修過程也以專業(yè)名詞“孔探”概稱。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探可以在不拆解發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷的在翼診斷，省去了檢查發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的繁雜拆解工作，可以減少維修人為差錯(cuò)的發(fā)生，為維修人員節(jié)省了大量的維修時(shí)間，極大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)維修檢查工作的效率，實(shí)現(xiàn)了安全與效益的相對(duì)平衡。

然而，依賴人工進(jìn)行損傷判斷的孔探檢查存在數(shù)據(jù)處理能力不足，故障診斷效率不高和智能化程度低的缺點(diǎn)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損傷評(píng)估由檢驗(yàn)員參考飛機(jī)維修手冊(cè)憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行決斷，不同維修人員的主觀經(jīng)驗(yàn)會(huì)使檢查結(jié)果呈現(xiàn)差異化，人為因素的引入也將帶來更多的不確定因素。在航空安全的絕對(duì)要求下，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)損傷診斷的自動(dòng)化、智能化勢(shì)在必行。