拍X光、做B超、DNA检测……
航空发动机怎样做“体检”
如果身上不舒服，我们会去医院检查、开药；为预防重大疾病，还会定期体检。
比人们更害怕“生病”的，航空发动机得算一个。它的工作岗位在几千甚至上万米高空，如果出现问题导致飞机失去动力，后果可能是机毁人亡。因此对它来说，时刻保持“身体健康”至关重要。
8月24日，2017中国国际通用航空大会上，观众在一家航空发动机企业的展位参观。新华社记者 邵瑞摄
航空发动机是怎样“体检”的？近日航空发动机专家、重庆天骄航空动力有限公司生产总监陈华向科技日报记者进行了介绍。
上岗前要做“入职体检”
航空发动机是高度复杂的精密机械，包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管五大部件。“一台中型发动机的零件数就有2万多件。”陈华说，这些零件结构、工艺复杂，对材料和制造精度要求很高，加工难度也很大。
航空发动机在设计制造过程中要经历各种试验和测试，包括部件试验、核心机试验、整机地面试验、高空试验、飞行试验等。以高空试验为例，主要包括环境试验、风车状态试验、系统控制试验、高度和速度特性试验、发动机状态特性试验、投鸟试验、防冰试验、姿态试验、匹配试验等内容。这些试验如同人生中大大小小的考试。航空发动机也必须通过一次次考试，才能从设计走向量产，最终交付给客户。
正式踏上工作岗位前，航空发动机还要经历“入职体检”。与人类体检相比，它的体检有些类似，但项目更繁多、更复杂，包括成分检测、尺寸和外观检查、宏观和内部微观组织检测，以及物理、化学、力学性能检测等。
陈华介绍，零件用材料成分检测，类似于人体的DNA检测，这个基本参数可作为“身份”的确认。尺寸和外观检查，类似于人类检查身高体重，将决定发动机外形尺寸是否符合要求。物理、化学、机械性能检测等，如同人类的视力、听力等检查，目的是看发动机材料的功能是否能满足要求。
可别嫌这些试验和检测繁琐，正是它们保障着发动机的可靠性。以乌克兰制造的TV3-117系列涡轴发动机为例，该产品用于60多个国家，配装在90%以上的米系列和卡系列直升机上，累计在役3万多台，却没有一台出现过空中停车。这样连欧美都无法达到的可靠性，正是源于大量严谨、周密的试验。
不过，上述检测都属于破坏性检查，一般是从一批样品中抽取一件，或是从产品预留的试样取样区取样进行检查。陈华说，在发动机制造维修过程中，更常用的是无损检测方法。其不会对零件造成损伤，又能反应出零件内部有没有大问题，同时还能够对航空发动机实时监控，防止因产品失效引起灾难性的后果。随着技术的发展，无损检测已成为控制航空发动机零件质量、保证飞行安全的重要技术手段。
工程师正将发动机放入试车台，为发动机试车做准备。图片来源：科技日报
体检还能评估寿命
目前无损检测方法有数十种。该技术已从单纯的检测，发展到能对发动机零件的安全使用寿命进行评估。
发动机零部件射线检测就像人体体检中的X光透照一样，只是电流电压等一些控制参数设置不同。陈华说，射线检测是基于被检测对象对透入射线的不同吸收，检测零件的内部缺陷。检测结果能直观地显示缺陷影像，便于对其进行定性、定量分析。该方法对体积型缺陷比较敏感，主要用于铸件和焊接件的检测，包括涡轮叶片、铸造机匣、壳体、焊缝缺陷以及空心叶片残余型芯等。但难于发现与射线方向垂直的薄层缺陷。
发动机超声波检测与B超类似，只是功率、频率等参数不同。陈华说，该方法利用超声波在介质中传播时产生衰减，以及遇到界面发生反射的性质来检测缺陷。其优点是仅需从一侧接近试件，可对金属、非金属和复合材料进行检测，对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性质等参量具有综合优势。发动机的锻件和管、棒、板等型材，一般采用该方法排除原材料中的缺陷；盘轴等旋转件，则可采用水浸超声波检测，以排除人为因素影响。
孔探检测与医院里常用的胃镜、气管镜等内窥检查类似。其借助专用的工业内窥设备，成为航线维护中唯一一种不用分解发动机就能了解其内部状况的检查手段，可用于检测发动机主气流通道部件、高压压气机、涡轮各级轮盘叶片、燃油啧嘴、燃烧室等不易拆卸且检测可达性较差的零部件。
渗透检测，是让渗透液与受检件表面接触，借助毛细作用渗透到零件表面开口的细小缺陷中，然后用显像剂吸出这些渗透剂，从而在两件表面显出损伤或缺陷的图像。该方法一次操作可检测多个零件，在航空发动机维修中有广泛应用，凡是用铝合金、钛合金、耐热高温合金制成的发动机零部件，在大修或检修时一般都会用荧光来检测其表面损伤；外场条件下，常用着色法检测发动机上不能拆卸的零件。不过渗透检测法只能查出零件表面的缺陷。
无损检测还包括可用于铁磁性材料表面裂纹、折叠、夹层、夹渣的磁粉检测；以电磁感应为基础，适用于导电材料的涡流检测等技术。
未来可做到缺陷可视化
随着航空工业发展，航空发动机体检技术也在不断进步。
陈华介绍，最新发展的声发射检测技术，是借助受应力材料中局部瞬态位移所产生的应力波进行检测的动态无损检测方法。典型的声发射源是与缺陷有关的变形过程，例如裂纹扩展与塑性变形。声发射能量来源于材料中的弹性应力场，没有应力，就没有声发射。因此声发射检测通常在加载过程中进行，主要应用包括监视疲劳裂纹扩展和焊接接头质量，复合材料构建的结构完整性评价等。
红外检测是基于红外辐射原理，通过扫描记录零件表面的温度变化发现缺陷。检测中，将固定热量均匀地注入工件表面、向内部扩散。如果内部有缺陷，均匀热流会被缺陷所阻，经过时间延迟，在缺陷部位产生热量堆积，体现出温度异常。该方法可检测金属和非金属材料胶接件、蜂窝夹层结构、金属焊接、空心涡轮叶片等材料部件中的分层、空洞、裂纹、夹杂物等缺陷。
在航空发动机中，对任何一处缺陷的疏忽，可能就会引发安全事故。“必须采用有效的检测技术，满足未来航空发动机的发展要求，使其缺陷更加直观地显示出来，从而对缺陷的相关特征信息进行有效的自动提取和识别。”陈华说，缺陷的可视化有利于对发动机进行良好的分析和处理，以满足未来快速、高效的自动化检测需求。