技术在飞机发动机上的应用

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（论文）绪论1.1研究背景飞机的出现给人类带来了巨大的便捷性，出行远方变得简单。与其他运输方式相比，飞机的安全更为重要。在发生事故时，极低的事故拯救率会造成重大的生命和财产损失。此外，从中衍生的政治影响往往伴随着社会影响，因此看出航空安全各方面都异常重要。随着航空业的快速发展，各大航空公司每年会引进大量新的民用航空飞机，维护和保养标准和要求也逐渐提高，以确保飞机的安全，从而有效和准确地执行飞机发动机的维护和检查任务。由于航空运输的特殊性，航空安全是所有国家的最高优先事项。在航空安全方面，飞机的发动机安全至关重要。飞机发动机是在超高速度、负荷和温度等困难条件下也能连续工作的机器。在飞机飞行过程中发生的事故也可能对发动机内部部件造成结构性损害，如裂纹、凹陷和材料丢失等,这些发动机损伤对飞机发动机安全运行构成了严重威胁。由于孔探技术有对发动机内部结构的高清成像能力，能够非常准确地测量和显示各种类型的损坏和缺陷，孔探工作已经成为发动机检验中必不可少的一个部分。当下各航空企业的对发动机维修管理模式也逐步从定期维修转变为航线维修，并按照制造商的建议对在飞、在翼飞机的发动机健康管理进行即时定量评估。各种维护管理方法的改进大大提高了飞机发动机的安全性、可靠性和经济性。1.2研究意义飞机发动机孔探技术在无损检测中是一项特别详细的目视检查工作，与无损检测另外的涡流检测、超声波检测和x射线检测相比，孔探技术直观、节能、易于操作，在飞机发动机内部结构损坏方面发挥着重要作用。孔探设备可以对发动机内部结构进行目视检查，以便直观地检测发动机内部的情况，无需拆卸发动机从而使发动机在检查过程中不会损坏。孔探仪使用光学手段通过照相机传输发动机内部的环境，然后对光学图像进行评估、检测和计算损坏数据，从而确保是否有损伤出现。其中发动机内部的深热区域如高压压气机、燃烧室和高压涡轮等，维修人员无法进入这些深热区域检测除非将发动机分解，而孔探技术突破了这一限制。由此可见，飞机发动机孔探技术目前已经成为飞机发动机重要的无损检测手段，孔探技术的发展紧紧联系着飞机发动机的安全。1.3研究目标、研究内容和拟解决的关键问题1.3.1研究目标用在飞机的燃气涡轮发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机和涡轮螺旋桨发动机。其中在有独特优势的涡轮风扇发动机已在在民用航空领域得到广泛的使用。本论文的研究内容是通过在大学学习的专业知识，和参考航空相关专业文献，各大飞机发动机手册资料，南航公司飞机发动机的孔探报告，主要讨论飞机发动机无损检测中--孔探技术在飞机发动机上的应用。本文主要以目前中国南方航空国内干线航空的经典飞行器B737的CFM56-7B和新型飞行器A321neo的PW1100型号发动机作为研究依据以及模型。并详细阐述孔探技术如何应用在飞机发动机核心结构压气机、涡轮、燃烧室当中，并熟悉各种孔探设备和各种机型的孔探堵头的使用方法。通过大四的实习，知道了解各大公司的飞机发动机的运行性能、工作特点和孔探技术的应用，可以帮助自身在发动机维修和检查过程中发现故障。介绍涡轮风扇基本工作原理及相关技术理论，对飞机发动机进行一个综述，然后通过查阅相关文献、查找民航发动机相关信息和综合自己的知识，分析孔探技术在飞机上的应用。1.3.2研究内容（1）分析飞机发动机的基本工作特征。（2）分析飞机发动机的结构特点和各个核心结构的结构特点。（3）孔探技术如何应用于飞机发动机核心结构。（4）分析孔探技术对飞机发动机故障的检测和诊断方法。（5）分析目前的孔探设备有哪些不足之处。1.3.3拟解决问题（1）孔探人员是如何使用设备检查发动机内部情况。（2）孔探人员是如何使用设备诊断发动机内部损伤。（3）如何对发动机核心结构的内部损伤进行归纳分类和解析。（4）如何安全、正确拆装孔探堵头。（5）对孔探工作中人为因素失误的改进措施。1.4飞机发动机的发展民用航空发动机的发展，从活塞发动机到目前主导民用航空发动机的燃气涡轮发动机，分两个阶段进行:活塞发动机阶段和燃气涡轮发动机阶段。建造第一台活塞发动机后，活塞发动机进入了快速发展阶段。发动机性能在两次世界大战后迅速提高，活塞发动机达到顶峰。第二次世界大战结束后，由于涡轮反应器的诞生，活塞发动机逐渐退出主要航空器使用行列，目前主要用于低速轻型飞机和轻型飞机航空燃气涡轮发动机取代了活塞发动机，迎来了喷气时代。燃气涡轮发动机可分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机，其核心结构都由压气机、燃烧室和涡轮等组成。涡轮螺旋桨发动机通常用作短距离运输飞机；涡旋轴发动机主要用于直升机；涡轮风扇发动机通常用于对速度要求较高的飞机。目前涡轮风扇发动机被航空业内广泛使用，涡轮发动机技术已经相当成熟，为各类飞机的发展作出了重要贡献。1.5孔探技术的发展孔探技术可以扩大眼睛在某些看不到的地方的视野，视野的方向又可以根据需要更改，可以准确观察物体内部表面的状态。此外，在目标检测过程中进行的目视检查是孔探测的一部分这些物体不相互接触，不会造成破坏或损害，也不需要对目标物体进行解密或解密。因此，这也是工业非破坏性控制技术的一个重要手段。从1806年起在德国到目前为止，当人类发明医用内窥镜原型时，孔探仪(又称工业内窥镜)经历了三个主要的发展阶段。第一代孔探仪只能解决很简单的问题，人类当时对孔探仪的直接看法类似于望远镜的功能，经常用于直腔的某些近距离探测工作，不能用于复杂的应用。在很大程度上，观测结果取决于观测者的经验和耐心。第二代孔探仪(柔性光纤镜)通过光导技术，大大提高了图像质量。它在临床医学应用得到了广泛的传播。随后在航空、电力、化学和机械等许多领域以及光纤领域开发了各种应用最大的缺点是纤维容易断裂，图像上便会出现黑点。第三代孔探仪(柔性电子镜)的研制，它使内窥镜的使用范围空前扩大。它能够很好地照射光线，扩大视野，而不仅仅是检查密闭空间和管道的静态空间等。在飞机发动机这样的机器内部的损坏监测和故障诊断方面取得了重大突破。图1-1孔探仪（左图为FX3.5，右图为IPLXGX）2飞机发动机的基本工作特征分析2.1飞机发动机基本工作原理涡轮风扇发动机是最常用的燃气涡轮发动机之一，也是我们可以了解飞机工作原理、运行情况所依据的飞机发动机。如图2-1所示，涡轮风扇发动机由进气道、风扇、压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和排气系统组成。进气道、压气机负责增加气体压力，增加燃烧室的燃料，增加气体热量、涡轮吸收热量分别转化给高压涡轮、低压涡轮，从而带动风扇、高低压压气机和各部分附件。其中三个核心机是高压压气机、燃烧室和高压涡轮，将核心机排出的气体中可用的部分能量转移到低压涡轮机驱动风扇，其余能量用于出口管道加速燃气排放。图2-1发动机概念图2-2为本文介绍模型的PW1100型号发动机，是目前新型使用齿轮传动的涡轮风扇发动机，其特点是在低压涡轮与风扇之间加装了会减速的齿轮系。发动机工作时低压涡轮直接驱动低压压气机，使其在较高的转速下工作，压气机能够较好地发挥其能力。根据美国普惠公司的研究，采用齿轮传动后，可采用更高的涵道比，可进一步降低发动机的燃油消耗、污染排放和噪音水平，但减速齿轮系的传动效率和润滑冷却是关键。图2-2PW1100(齿轮传动的涡轮风扇发动机)2.2飞机发动机的结构特点飞机发动机中的各种涡轮风扇发动机结构相似，可分为单转子、双转子或三转子发动机，视其主要轴承和转子支撑结构而定。图2-3的CFM56-7为双转子涡轮风扇发动机，有五个轴承支撑它的结构。发动机中附件驱动系统的作用是利用高压压气机转子能量带动发动机其它转子和飞机各样零部件运转，辅助发动机的启动。图2-3CFM56-7发动机3孔探技术在飞机发动机压气机上的应用3.1孔探诊断、检测低压压气机损伤的分析低压压气机可分为风扇和增压器模块，由1号轴承支撑、2号轴承支撑模块、3号轴承支撑模块、风扇支架模块和进口机匣组成。模块沿轴向从前往后分别为整流锥、单级的风扇转子和3级轴向分布的增压器，另外，压缩机增压比率也是不同等级增压比率的结果。涡轮增压器装有安装在风扇背面的3层转子。涡轮增压器主轴有一个周向形燕尾榫槽，用于安装转子叶片。叶片的周向形燕尾安装在插槽中安装锁紧螺钉以保持刀片式服务器的位置，并防止刀片式服务器在插槽中旋转。图3-1轴向与周向燕尾形榫槽轴向燕尾槽与周向燕尾槽相比，压气机前几级一般选取轴向燕尾槽，后几级叶片相对比较小，就会选取周向的燕尾槽。定子的叶片一样有4级，其目的是为了空气正确流向转子。图3-2PW1100LPC孔探口分别检查LPC123级低压压气机孔探开始前，会在风扇固定一张红胶布，然后孔探辅助人员转动风扇，风扇的转动会带动里面二级LPC转子，孔探人员便能看到叶片的状况，以红胶布为参考物转动一圈后即完成。图3-3LPC第2级转子叶片检测在孔探工作进行的时候，要完整观察叶片的完整形态状况，若画面过于模糊通常要分段观察，分开上下两段或更多。要重点关注叶片的叶尖与叶根，这两个地方最容易出现损伤，而且损伤的标准最严格。图3-4LPC第3、4级转子叶片检测利用S3孔探孔检测3级转子叶片的后缘、3级静子叶片、4级转子叶片的前缘和4级静子叶片。操作方式与观察二级转子叶片相同，转动风扇叶片时，低压压气机叶片会随之转动。图3-5转子叶片损伤划分区域 图3-6静子叶片损伤划分区域检查低压压气机各级静子叶片时，通常在检测部位先看VBV活门是否打开（正常情况飞机落地，发动机拆卸后VBV处于全部开放）然后在S0孔探口进入，观察静子叶片的情况。如果在上述低压压气机孔探转子和静子叶片检查中发现前几级转子叶片损坏或缺少材料，则应马上检查后面级的转子叶片和静子叶片。一旦发现损伤，立刻用孔探仪的测量软件来测量损伤，并查找发动机手册损伤标准看是否需要更换发动机。LPC转子损伤标准参考，如表3-1所示：表3-1LPC转子损伤判断损伤类型损伤位置损伤判断标准是否允许备注材料丢失区域G、叶片前缘和后缘的尖角轴向长度不超过6.4mm

径向长度不超过6.4mm允许出现损伤的叶片不超过20轴向长度大于6.4mm，小于12.5mm

径向长度大于6.4mm，小于20mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—裂纹或者裂口区域G轴向长度不超过6.5mm

径向长度不超过6.5mm允许—轴向长度大于6.5mm，小于12.5mm

径向长度大于6.5mm，小于20mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—磨损或者部分损伤叶片前缘和后缘的尖角轴向长度不超过12.5mm

径向长度不超过20mm允许—轴向长度大于12.5mm，小于15mm

径向长度大于20mm，小于25mm允许最多继续工作100个起落或者150个小时出现损伤叶片数不超过15缺口、凹坑、划伤叶片表面的区域E长度不超过0.25mm

损伤没有穿透金属允许没有数量限制长度大于0.25mm，小于1.5mm

损伤没有穿透金属允许最多继续工作50个起落或者75个小时—叶片的前缘和后缘轴向长度不超过1mm允许—轴向长度大于1mm，小于1.5mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—其他区域直径不超过4mm

损伤没有穿透金属允许—直径大于4mm，小于6mm

没有穿透金属允许最多继续工作50个起落或者75个小时—变形叶片的前缘和后缘且不在区域E轴向长度不超过5mm

径向长度不超过15mm允许—轴向长度大于5mm，小于7mm

径向长度大于15mm，小于18mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—沉淀或腐蚀——不允许—LPC静子损伤标准参考，如表3-2所示：表3-2LPC静子损伤判断损伤类型损伤位置损伤判断标准是否允许备注材料丢失除了区域A和B轴向长度不超过6.5mm

径向长度不超过18.5mm允许—没有裂缝从受损区域开始

裂缝不延伸进入区域A、B允许最多继续工作50个起落或者75个小时—裂缝或者裂口区域A、B轴向长度不超过1mm

径向长度不超过3.25mm允许—长度超过限制允许最多继续工作10个起落或者15个小时如果工作人员认为有一块会脱落，则不允许继续工作缺口、凹坑、划伤区域A、B凹凸表面直径不超过2.5mm

损伤没有穿透金属允许数量没有限制直径大于2.5mm，小于4mm

损伤没有穿透金属允许最多继续工作10个起落或者15个小时—区域C直径不超过5mm允许—直径大于5mm，小于7.5mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—静子的前缘、后缘轴向长度不超过2mm——静子内防护罩脱落——不允许—变形静子的前缘、后缘轴向长度不超过12.5mm

径向长度不超过18mm允许——轴向不超过12.5mm，

径向大于18mm，小于25.4mm允许最多继续工作50个起落或者75个小时—3.2孔探诊断、检测高压压气机损伤的分析图3-7HPC转子高压压气机实际上就是空气压缩机，对从进气道进入的空气做功，使其压力增大，从而可在燃烧室里充分燃烧。高压压气机由高压压气机的转子、前静子和后静子构成。高压压气机的静子的作用是减小经过转子气流的速度，增加气流的压力。要注意的是后静子由两半壳体组成，两半壳体安装在一起时，位置必须正确，不然会使气流管道的间隙错误，从而导致发动机的性能降低。高压压气机中有九个孔探孔，大致都分布在发动机五点钟位置，其编号为S1至S9，其中S1位于前端。9个孔探口都有相应的孔探堵头，包括专门设计的s7、9，都有两层螺栓，其中心由弹簧连接，并且必须在在使用压力弹簧拧紧其他螺栓之前，必须拧紧内部螺栓。其设计目的是利用一个小直径的光学杆，获得内外观察孔，以减少空气泄漏。虽然提高了效率，但要确保拆卸和安装容易折断的弹簧杆。而PW1100高压压气机用带自锁的堵头，这种堵头拆装时必须要回拧四分之一确定没声音才能拧紧。图3-8PW1100HPC孔探口对于PW1100的孔探工作通常使用6毫米直径的插入管，选用120DF镜头或120SF镜头。探头（插入管）越短越易操作。相应的直视120度远焦镜头最方便既高效。没有广角远焦镜头时应将焦距优于视野作为镜头选择的因素。图3-8显示PW1100上各个孔探口的位置。在孔探前要准确拆除各个孔探口的孔探堵头。辅助孔探人员还必须手动拆除齿轮箱旋转盖板，用连接杆或者转接头插入齿轮箱，再通过转动卡拉旋转使轴高速转动，再带动高压压气机转子转动，孔探人员就能观察到高压压气机转子的情况。图3-9PW1100HPC孔探口位置在检查1级高压压气机转子叶片的前端时，工作人员可以直接从进气道伸进去观察。在检查过程中，高压压气机转子采用手动旋转方式旋转。在转动之前，会对接杆作一醒目标记，避免在孔探检查中漏检查少数叶片。随着科学和技术的发展，探测工作通常是在“双显示器”模式下进行的，辅助人员也可观察叶片状态，达到双重检验标准。孔探设备进行时要求转子叶片稳定、转速均匀和适中，只有在转速均匀后才开始计数。图3-10CFM56-7BHPC转子叶片数目视检测发现损伤后是无法直接判定损伤是否超标，这个时候可以通过孔探仪的测量系统测量损伤，高压压气机要检查的区域有叶尖、叶根、叶片前缘、叶片后缘、叶片表面、叶片平台和叶片锁。根据南航孔探报告可得出高压压气机的常见损伤有凹陷（撞击）、划伤、毛刺、撕裂、缺口、裂纹、氧化、扭曲变形等等，其损伤主要来源于FOD、发动机喘振和发动机疲劳等。HPC12级缺口（凹坑）缺口长度（凹坑深度）图3-11HPC缺口测量（采用FX3.5）如果是外来物从后缘打伤了凸台，那其他级通常会或多或少有其他损伤，但是其余HPC叶片没有发现任何损伤。最关键的是相邻一片凸台没有任何损伤，凸台后缘的疑似缺陷不是由发动机运转中由外来物导致的。那就可能是叶片制造工艺的差异或者是装配过程中造成的。HPC转子损伤判断标准参考，如表3-3所示：表3-3PW1100HPC转子损伤判断损伤类型叶片等级前提条件损伤位置损伤判断标准是否允许备注裂纹1~4径向裂纹不超过7.6mm前缘或后缘长度不超过6.4mm允许任何数量都允许长度大于6.4mm，小于10.2mm允许允许最多继续工作10个起落或者25个小时径向裂纹超过7.6mm长度不超过2.5mm允许任何数量都允许弦向裂纹不超过7.6mmTip（叶尖）长度不超过5.1mm允许任何数量都允许长度大于5.1mm，小于7.6mm允许允许最多继续工作10个起落或者25个小时5~9径向末端裂纹不超过5.1mm前缘或后缘长度不超过3.8mm允许出现损伤叶片不超过25长度大于3.8mm，小于5.1mm允许损伤叶片数不超过20%

允许最多继续工作10个起落或者25个小时—叶尖长度不超过3.8mm允许—出现损伤叶片不超过25长度大于3.8mm，小于5.1mm允许允许最多继续工作10个起落或者25个小时缺口、凹坑1~9—叶根半径区域直径不超过0.51mm，没有尖锐边缘

深度不超过0.08mm

刮伤不与平台平行允许不包括第2~3级叶片后缘根部半径区域—前缘和后缘深度大于0.8mm，小于2.0mm允许允许最多继续工作10个起落或者25个小时材料丢失1~9叶面损伤区域不超过25%，且不在叶根半径区域前缘和后缘深度不超过0.8mm深度大于0.8mm，小于2.0mm—深度大于0.8mm，小于2.0mm深度大于0.8mm，小于2.0mm允许最多继续工作10个起落或者25个小时1~4—前缘和后缘尖角损伤面积不超过7.6mm×7.6mm允许没有叶片数量限制—损伤面积超过7.6mm×7.6mm不允许—5~9—前缘和后缘尖角损伤面积不超过3.8mm×3.8mm允许—出现损伤叶片不超过25损伤面积大于3.8mm×3.8mm，小于5.1mm×5.1mm允许—出现损伤叶片超过25损伤面积大于3.8mm×3.8mm，小于5.1mm×5.1mm允许允许最多继续工作10个起落腐蚀1~4—前缘和后缘尖角损伤面积不超过7.6mm×7.6mm允许没有叶片数量限制—损伤面积超过7.6mm×7.6mm不允许——深度大于7.6mm，小于10.2mm允许允许最多继续工作10个起落或者25个小时5~9—前缘和后缘的B区深度不超过1mm允许没有数量限制—深度大于1mm，小于2mm—允许最多继续工作10个起落或者25个小时—前缘和后缘尖角损伤面积不超过3.8mm×3.8mm允许—Discoloration（扭曲）1~4工作期间没有啮合的固定部件叶片端头不超过叶片弦长25%

径向长度不超过7.6mm允许—5~9工作期间没有啮合的固定部件叶片端头不超过叶片弦长50%

径向长度不超过7.6mm允许—图3-12一次性检查HPC6检查压气机转子叶片时，镜头不可过于正对叶片，要稍微转向侧面，使整个画面是迎着叶片的，这样叶片在画面中停留的时间会更长，有利于孔探员有充足的时间做判断，不至于漏看或误判。另外镜头不可距离叶片过远，过远则无法获得较清晰的画面，不利于判断。孔探检查完高压压气机后，应将堵头和锁片等放回原来的位置，在孔探堵头安装前，螺纹应涂上相应类型的防咬剂，防止在高温高压的工作下堵头咬死，下次孔探无法拆下堵头，影响工作。齿轮箱盖板通常需要更换胶封圈并进行卸力处理，以避免安装后漏油。南航“双圈”检查制度，即绕发动机检查两圈，第一圈检查孔探堵头有无安装到位，有无漏装，检查转动盖板封圈有无安装到位。第二圈检查风扇叶片有胶纸、风扇机匣前后有无工具、保险丝等异物，地面有无油污、吸油纸等杂物。防潮砂有无归位。

4孔探技术在飞机发动机燃烧室上的应用图4-1CFM56-7B双环腔燃烧室燃烧室安装于高压压气机和高压涡轮之间，其作用是混合点燃压气机加压过的空气与喷油嘴燃油，产生的气体对涡轮做功，剩余的能量作为推力喷出。燃烧室内有一个圆顶、内外整流罩和内外衬套。内外衬套的内表面都有隔热涂层。内衬套用螺栓固定于高压涡轮的喷嘴，为了确保火花点火器和定位脊的正确安装。图4-2PW1100燃烧室孔探位置分布（两个点火嘴安装口和一个燃烧室孔探口）在对发动机燃烧室做孔探检测时，需要检测的部位有：折流板、衬套、双孔板、主旋流喷嘴、燃油喷嘴、内外侧衬板。使用孔探针检测燃烧室内部的孔为S12至15，点火嘴的编号为S10和S11。在考虑燃烧室的内部情况时，首先只需拆除S13和S15探头，并检查其周围的可见区域，特别是由于燃烧而靠近点火开关的区域，这附近出现损伤的可能性高于其他地方。如果在此过程中发现损坏，则必须拆下点火塞和其它孔探口，以便对燃烧室进行全面检查。燃烧室孔探检查方法归纳总结：（1）单孔探口闭环连续孔探检查：使用柔性孔探设备通过燃烧室孔探口AP-DIFF1插入探头向上推送穿绕检查：逆时针（由后向前看）由上至下360度穿绕，穿绕直到看见孔探软管入口。穿绕过程中检查燃烧室内、外衬板、顶板区域（包括燃油喷嘴）、HPT喷嘴导向叶片。（2）单孔探口闭环分段孔探检查：使用柔性孔探设备通过燃烧室孔探口AP-DIFF1插入探头分别向上、向下推送穿绕检查，以6点钟位置为界点，穿绕过程中检查燃烧室内、外衬板、顶板区域（包括燃油喷嘴）、HPT喷嘴导向叶片。（3）利用两个点火电嘴口辅助检查。图4-3为燃烧室的一些常见损伤。（a）裂纹（b）烧穿（c）裂纹伴随材料丢失（d）烧蚀伴随裂纹图4-3燃烧室损伤在相同的光度下，周边没有涂层丢失，裂纹看见来会比较明显，光线暗一点涂层丢失区域的裂纹不易被发现。我们孔探燃烧室有一个习惯，就是一般只拆一个堵头，然后穿绕360度进行检查，不能保证镜头能正对着每个区域，有时镜头会贴着外衬板检查，再加上光线不足，很容易漏掉涂层丢失区域的裂纹。但要注意的是只拆一个堵头检查时，需注意孔探口周围有没有裂纹，如果不注意看是会遗漏掉的。CC常见损伤标准参考，如表4-1所示：表4-1CC损伤判断标准检查部位损伤类型判断标准是否允许备注圆顶组件烧穿孔每个孔面积不超过25mm×25mm允许圆顶每个组件烧穿孔不得超过3个每个圆顶组件材料丢失不超过3处

每处面积不超过30mm×30mm允许最多继续使用25个起落折流板径向裂纹长度不超过13mm允许没有数量限制长度大于13mm，小于16,mm允许最多继续使用25个起落周向裂纹长度不超过19mm允许没有数量限制长度大于19mm，小于23mm允许最多继续使用25个起落衬套径向裂纹长度不超过13mm允许没有数量限制长度大于13mm，小于16,mm允许最多继续使用25个起落周向裂纹长度不超过19mm允许没有数量限制长度大于19mm，小于23mm允许最多继续使用25个起落双孔板径向裂纹裂纹不相交

长度不超过50.8mm允许没有限制裂纹不相交

长度大于50.8mm，小于63.5mm允许最多继续使用25个小时周向裂纹长度不超过76mm

裂纹间距不小于152mm允许没有限制长度大于76mm，小于91mm

裂纹间距不小于125mm允许最多继续使用25个小时材料丢失在裂纹相交处，面积不超过1.52mm×1.52mm允许—在裂纹相交处，面积超过1.52mm×1.52mm允许最多继续使用25个小时外侧衬板轴向裂纹横穿一块板的裂纹允许没有数目限制不超过4条裂纹贯穿不超过3块板允许—不超过3跳裂纹长度大于3块板允许孔探外侧衬板背面不超过5条裂纹贯穿超过1块板

单条裂纹不能依次贯穿超过5块板允许最多继续使用100个起落背面裂纹裂纹贯穿最后3条冷却肋中的1条不允许—冷却肋1有贯穿裂纹不允许—不超过4条裂纹贯穿超过1块板允许—裂纹贯穿不超过4块板

与裂纹相交的烧穿孔或材料丢失面积不超过掺混孔的3倍

与裂纹相交的周向裂纹长度不超过12.7mm允许允许1条裂纹贯穿超过3块板不超过5条裂纹穿过超过1块板

没有裂纹连续穿过超过4块板允许最多继续使用100个起落内侧衬板轴向裂纹横穿一块板的裂纹允许没有数目限制不超过4条裂纹贯穿超过1块板允许—裂纹贯穿不超过4块板

与裂纹相交的烧穿孔或材料丢失面积不超过掺混孔的3倍

与裂纹相交的周向裂纹长度不超过12.7mm允许允许1条裂纹贯穿超过3块板不超过5条裂纹穿过超过1块板

没有裂纹连续穿过超过4块板允许最多继续使用100个起落内外侧衬板周向裂纹长度不超过2倍稀释带距离

1个稀释带距离不超过2条相邻裂纹

裂纹间距不小于3倍稀释带允许没有数量限制长度大于2倍稀释带，小于3倍稀释带

裂纹间距不小于3倍稀释带允许最多继续使用25个起落烧穿孔相邻衬板上轴向对称孔不超过2个

任何孔的最大尺寸不超过稀释孔的5倍

烧穿孔面积不超过稀释孔15倍允许—相邻衬板上轴向对称孔超过3个

任何孔的最大尺寸超过稀释孔的6倍

烧穿孔面积超过稀释孔24倍允许最多继续使用100个起落悬板丢失面积不超过稀释孔2倍

无轴向对齐超过3个相邻板的损伤允许每块板不超过14处每块板多于14处，少于17处

每处面积不超过稀释孔2倍

相邻板上无轴向对齐超过3处的损伤允许最多继续使用25个起落变形不超过原来轮廓12.7mm允许—比原来轮廓多12.7mm，少于17mm允许最多继续使用25个起落

5孔探技术在飞机发动机涡轮上的应用5.1孔探诊断、检测高压涡轮损伤的分析高压涡轮的位置在燃烧后后面，它的作用就是将燃烧出来的气体的动能转化为推动高压压气机运动的机械能，驱动高压压气机转子叶片工作。图5-1高压涡轮高压涡轮有21个喷口，每个喷口在相隔一片的叶片当中，其作用是将从燃烧室燃烧加压过的气体以最佳的角度喷在高压涡轮的叶片上，使发动机工作得到最佳的效果。因为涡轮进口压力大于出口压力，所以有些燃气经过叶尖会在径向间隙流失，并没有经过叶冠，就没有产生轮缘功，导致能量损失。因此为了提高涡轮效率，会在叶片冠上加工封严篦齿，以减少叶尖间隙面积，降低漏气带来的能量损失。图5-2HPT进口导向叶片检测检查高压涡轮进口导向板时，要检查的点是进口导向板的前后缘、凹凸型表面、叶片的所有表面以及内外部平台等。在检查高压涡轮进口导向板时，应拆孔探堵头S13和S15，进口导向板应由S13和S15导向板检查。在检查的情况下如果在此过程中发现任何损伤，则需要拆下S12和S14孔探堵头以及S10和S11点火嘴，以便更详细地检查进口导向叶片。在孔探检查进口导向叶片时，必须采用采用穿绕法。孔探管进入孔探口后，小心穿过导向叶片，围绕机匣内部一圈仔细观察有没出现损伤，检查结束后，孔探管退出来的时候，左右扭动孔探管进行检查。应注意在孔探管通过发动机孔时密切观察着屏幕，以防止其塞在某个小洞会导致卡管损坏孔探仪，最坏的情况是掉了零件在发动机里面，这是非常重大的孔探工作事故。高压涡轮进口导向叶片检查分析：（1）常见的损伤有裂纹、烧伤、材料丢失、腐蚀、缺口和凹坑等，（2）造成导向叶片损伤的主要原因是从燃烧室喷出的高温高压气体，对其冲击和腐蚀。（a）材料丢失（b）裂纹（c）烧蚀（d）裂纹和烧蚀图5-3HPT进口导向叶片损伤HPTN损伤标准参考，如表5-1所示：表5-1HPTN损伤判断标准检查部位损伤类型前提条件判断标准是否允许备注叶片前缘裂纹与前孔相连长度不超过7mm

没有材料丢失允许没有数量限制长度不超过7mm

材料丢失面积不超过12mm×12mm允许最多继续使用25个起落其他长度不超过12mm

没有材料丢失允许没有数量限制长度不超过12mm

材料丢失面积不超过12mm×12mm允许最多继续使用25个起落烧伤或凸起—面积不超过7mm×12mm允许没有数量限制—面积大于7mm×12mm，小于12mm×12mm允许最多继续使用25个起落叶片后缘裂纹或者烧伤———对于允许的裂纹或者烧伤没有数量限制材料丢失不超过12mm允许没有数量限制轴向大于12mm，小于19.05mm允许最多继续使用25个起落凹面表面径向裂纹—没有材料丢失允许没有数量限制—引起的材料丢失直径不超过19.0mm允许最多继续使用25个起落烧伤—没有烧穿进入内部冷却通道允许没有限制—烧穿直径不超过19.0mm允许最多继续使用25个起落凸面表面裂纹径向或轴向没有引起材料丢失允许没有数量限制引起的材料丢失直径不超过19.0mm允许最多继续使用25个起落烧伤或凸起—没有引起材料丢失允许没有数量限制—引起的材料丢失直径不超过19.0mm允许最多继续使用25个起落内外平台裂纹在主材上—允许—主材材料丢失或烧伤没有通过孔裂纹引起的材料丢失或烧伤是允许的允许—缺口、划痕、凹坑——允许—凸起或弯曲——允许—对高压涡轮转子叶片作孔探检测时，需要检测的部位转子叶片的前后缘、叶尖和不在叶片前缘、后缘和尖部的凸面和凹面等。高压涡轮外壳5点钟和8点钟位置开有两个孔探口，编号为S16、S17，用于检测高压涡轮叶片的前缘和后缘，还有第1级低压涡轮叶片。如果在检测过程中，发现高压涡轮转子叶片有损伤，则需要拆除S10和S11处的主点火嘴，从前端对高压涡轮转子叶片进行检查。通过一次性或分段检查可以看到完整图像或图像组合叠加能清楚观察前缘、后缘、叶尖和叶根条轮廓线。图5-4高压涡轮转子叶片如果在检查过程中发现烧伤、烧蚀和裂纹等损伤，应尝试使用孔探管接近损伤，测量损伤的大小，确定损伤程度，不然很难观察到氧化后变色的叶片状态，和遗漏在隐蔽、光线不足地方的损伤。前缘烧蚀+裂纹（b）后缘裂纹（c）叶冠材料丢失图5-5HPT转子叶片损伤根据PW1100发动机手册，一般情况下使用材质较硬的孔探管检查高压涡轮转子叶片，因为硬管不受高温条件的限制高温部位，但每次孔探检查高温涡轮前确保温度满足孔探要求。HPT转子叶片损伤标准参考，如表5-2所示：表5-2HPT转子叶片损伤判断标准检查部位区域损伤类型判断标准是否允许备注后缘A裂纹长度不超过2.5mm允许最多只有1条长度大于2.5mm，小于5mm允许最多继续工作40个起落尖部、A材料丢失面积不超过12mm×12mm允许没有限制面积大于12mm×12mm，小于12mm×19.1mm允许最多继续工作50个起落B、C缺口、凹坑长度不超过1.27mm允许没有限制长度大于1.27mm，小于3.04mm允许每工作400个起落检查1次长度大于3.05mm，小于5.08mm允许每工作200个起落检查1次长度大于5.08mm，小于7.62mm允许最多继续工作40个起落B、C、根部倒角裂纹长度不超过3.04mm允许最多只有1条

每工作400个起落检查1次长度大于3.05mm，小于5.08mm允许最多只有1条

每工作200个起落检查1次长度大于5.08mm，小于7.62mm允许最多继续工作40个起落A、B空气槽堵塞每个叶片空气通路堵塞不超过1个允许—每个叶片空气通路堵塞2个允许最多继续工作50个起落C空气槽堵塞—不允许—尖部材料弯曲允许没有限制—扭曲、烧伤、熔化—不允许—叶尖—内部冷却通道露出—不允许—孔洞直径不超过1.27mm允许最多继续工作10个起落凸面上于后缘距离不小于12mm径向裂纹长度不超过3.8mm允许没有限制长度大于3.8mm，小于8.8mm允许最多继续工作50个起落凹面上于后缘距离不小于12mm径向裂纹长度不超过17mm允许没有限制长度大于17mm，小于25mm允许最多继续工作50个起落叶尖架下部材料丢失直径小于1.27mm允许最多继续工作10个起落扭曲、者烧伤、熔化—不允许—不超过10个叶片—最多继续工作25个起落隔热涂层丢失—允许没有限制不在前缘、后缘、叶尖的凹面和凸面A缺口、凹坑长度不超过6.3mm允许没有数量限制B缺口、凹坑长度不超过2.5mm允许没有数量限制裂纹、材料丢失—不允许—C缺口、凹坑长度不超过1.2mm允许缺口或凹坑不得超过3个—凹坑间距不小于3.17mm——裂纹—不允许—扭曲、烧伤、熔化—不允许—不超过10个叶片最多继续工作25个起落隔热涂层丢失—允许没有限制前缘A裂纹长度不超过1.2mm

连接的孔洞不超过2个允许没有数量限制—长度大于1.2mm，小于2mm允许最多继续工作10个起落B、C、根部倒角裂纹—不允许—B、C的前孔和导流板孔裂纹—不允许—B的径向前孔和导流板孔裂纹长度不超过0.7mm允许只能有1条——长度大于0.7mm，小于1.5mm允许只能有1条

最多继续工作10个起落C、根部缺口、凹坑长度不超过1.2mm允许缺口或凹坑不得超过3个——间距不小于3.17mm———隔热涂层丢失—允许没有限制—褪色、氧化—允许每工作400个起落要检查5.2孔探诊断、检测低压涡轮损伤的分析低压涡轮模块的主要作用是将来自高压涡轮气体的速度和压力转换为风扇和增压模块的动力。该模块包括：低压涡轮转子与定子模块、低压涡轮轴模块和低压涡轮后框架模块。图5-7低压涡轮低压涡轮定子组件可以加速经过燃烧室工作的气体，低压涡轮喷口的作用是加快气流的速度，使气流以有效的角度打在低压涡轮的转子组件上。叶片的内部平台实用凸台设计，所有叶片安装到一起时形成固定环，以避免叶片的共振，并防止叶片轴向移动。低压涡轴采用合金钢，与高速轴同心，安装在轴内，用于将低压涡轮力矩传递给前面风扇。可以采用孔探高压涡轮进口导向叶片的穿绕法到孔探低压涡轮静子叶片。检测低压涡轮静子叶片的孔探孔为S16～S20。在穿绕过程中密切注意观看屏幕是否有过度穿绕的情况，否则孔探管会受到伤害。（a）S16和S17位置（b）孔探口位置图5-9LPT孔探孔位置需要检测的部位有静子叶片的前缘、后缘、凹面和凸面、内外平台等；转子叶片的前缘、后缘、凹面、凸面、叶型、平台等。低压涡轮静子叶片损伤分析：损伤主要是烧伤、凹坑和氧化等。燃烧室喷出的高温高压气体理论上会冲击高压涡轮，高压涡轮损伤便会产生。LPT静子损伤标准参考，如表5-3所示：表5-3LPT静子损伤判断标准损伤类型静子等级损伤位置损伤判断标准是否允许备注裂纹1内外平台长度不超过12mm

金属没有进入管道允许—长度大于12mm，小于25mm

裂纹不在相邻段允许最多继续工作3个起落前缘、后缘长度不超过15mm允许—1个叶片只有1条长度超过25mm允许最多继续工作100个起落2~4前缘、后缘长度不超过10mm允许—只有1条裂纹超过21mm允许最多继续工作100个起落烧伤1~4—没有引起材料丢失允许没有限制1—材料熔化或丢失

烧伤穿过叶片允许最多继续工作25个起落2~4—材料没有丢失或熔化

烧伤没有穿透叶片允许最多继续工作25个起落LPT转子叶片常见损伤标准参考如表5-4所示：表5-3LPT静子损伤判断标准损伤类型转子叶片等级损伤位置判断标准是否允许备注裂纹1~4平台、尖罩—不允许—1~3叶型表面—不允许—4叶型区域E—不允许—缺口、凹坑1~4前缘和后缘的区域E深度不超过0.5mm允许没有数量限制—前缘和后缘，但不在区域E深度不超过0.7mm允许—凹面或凸面的表面深度不超过0.38mm

没有穿透允许—损伤经过相对侧不超过0.2,mm允许损伤数量不超过5个材料丢失1~4区域E—不允许—其他区域同一侧出现超过2处不允许—相对侧出现超过2处不允许—超过5%叶片受损不允许—变形1~4前缘—不允许由高温引起的1不超过80mm—最多继续工作15个起落或25个小时2~4不超过8mm—最多继续工作15个起落或25个小时间隙1尖罩联锁没有磨损允许—2~4—不允许—低压涡轮孔探工作注意事项归纳总结：一是要区分裂纹与焊缝的区别；二是要判断裂纹是否贯穿整个叶片，贯穿性裂纹定义：同一条裂纹从前缘贯穿双面。图5-10贯穿性裂纹

6孔探堵头的拆装及工具、设备的使用6.1孔探堵头的拆解:孔探堵头的识别与安装是孔探人员的基本技能，孔探人员要经过拆装孔探堵头的严格培训，保证熟练掌握，将安全风险降到最低；确保使用完好的工具（如：套筒）进行堵头拆装和选择正确的工具；在拆卸困难时，需及时使用渗透剂进行渗透处理；在安装堵头、螺杆时，有要求涂滑油、防咬剂时，应注意在螺纹处充分均匀地涂上每个堵头、螺杆专用的滑油和防咬剂；不合理拆装螺杆、堵头会导致其断裂，影响后续工作。6.2孔探堵头的安装:堵头安装前，应在螺牙上均匀涂抹防咬剂，使用手册中规定的防咬剂。安装过程中，尽力避免直接用工具拧紧。对用螺杆带紧的堵头，应先用手带上螺杆螺牙，并尽可能的使用手压紧堵头到安装面，然后再使用工具带紧螺杆，避免堵头装不到位。对自带螺纹的堵头，也应先用手带入前几牙，感觉顺畅后再用工具拧紧堵头。安装完成后，按手册规定打上力矩，并仔细检查堵头与机匣的结合面有无异常。如需保险的地方，必须保险到位，且要注意保险头不要影响到附近部件，特别是CFM56发动机的S1，S2，S3，S4堵头保险不要影响到VSV的运动。图6-1CFM56-7BHPC789级堵头安装标准6.3工具设备的使用:在使用工具时，必须了解该工具设备的特征和适用范围，例如在拆卸难拆的堵头时，避免用卡拉配合加力杆拆卸，优先使用加力杆和渗透的方式。在拆卸转动盖板时，优先使用拔具而非螺刀撬。在使用设备时，先要了解设备的使用方法和属性，严格按照APS的要求执行孔探工作，具体的注意事项有：（1）清点孔探设备（2）确认需工作的发动机序号（3）查阅本次工作飞机发动机上一次孔探报告（4）孔探仪用对镜头（5）进入发动机前检查孔探管镜头有没有松动（6）孔探员操作流畅（7）确保孔探管没有进稀释孔（8）孔探仪器录像标题输入正确（9）发现损伤时确定这个损失的定义（10）结束孔探工作后确认对孔探口封堵（11）孔探工作完成后拔出孔探管确认孔探管是否解锁（12）孔探工作目视检查中，眼睛有没有离开过孔探仪屏幕图6-2孔探工作目视检查7孔探设备的不足和未来发展方向如今，绝大多数民用发动机在维修和保养过程中对发动机的内部检查都是通过孔探检查技术来完成的，这种技术不仅可以发现核心机内部损伤，还可以对损伤大小进行定量测量，损伤综合评估可以充分发挥多种检测方法的优势，提高检测精度。然而，这些设备在实际应用中仍存在以下缺陷:一、发动机内部路径非常复杂，对孔探工作人员的理论知识和操作水平要求都十分高；二、判断损伤的方法主要靠孔探人员目视检测和根据工作经验判断；三、孔探仪本身不能对内部损伤作出自动评估，更不能提前预测故障。这些缺陷在实际操作中将导致检测结果的可靠性难以保证。一是检