1、引言
随着航空科技的不断发展，飞机及其相关子系统和组件的构造越来越复杂，对飞行安全的要求也越来越高。因此，各国在飞机的生产制造、使用、维护和维修过程中，都建立了一系列严格的监测检验程序，力图通过提高飞机各子系统及其零部件的可靠性来保证其飞行安全。近年来，无损检测技术在飞机检测中得到了广泛运用，已成为飞机及其发动机检查工作的最重要手段之一。
目前使用的检测方法在飞机各子系统和零部件的检测应用上虽有其特殊的功效，但在对机体、机翼或发动机内部深处进行检查时，检验设备无法直接靠近该部位，必须首先拆解外部构件，不仅影响到检测工作的进度，还要耗费大量的维修工时和成本。为了克服这些无损检测方法存在的上述缺点，目前国外已开始利用遥视检测(Remote Visual Inspec—tion，RVI)，或称为“内窥镜”检测技术，来对飞机和发动机的内部进行检测。这种检测方法是利用光纤作为光源，使用刚性的或柔软的内视镜和摄影器材等设备，通过飞机和发动机上预留的检查孔，对飞机和发动机的内部表面进行检测。
2、内窥镜系统的种类
目前在飞机或发动机维修检查中最常用的内窥镜系统大致可分为：刚性内窥镜(Rigid Borescope)、软式光纤内窥镜(Flexible Fiber scope)、视频内窥镜(Video image scope)、荧光光纤内窥镜(F1uorescent Fiber scope)和修磨内窥镜(BlendingScope)等五种。
2.1 刚性内视镜
刚性内视镜主要是利用安装在一个直的不锈钢管套内的一系列透镜，或是由一束套在细钢管中的石英纤维来传送检查中拍摄的图像。在这个钢管中还安装有用来将光线从光源引导至检查点的光纤。为了便于从各个角度开展检查，刚性内视镜的检测镜头通常是活动的或可更换的。有些网小眭内视镜还具有扫描控制(scanning Contr01)能力，可以通过持续变化扫描方向，或是利用可调整的棱镜，在不需移动眼睛位置或转移光缆的情况下，迅速以较大的视角来进行检测工作。
2.2 软式光纤内窥镜
软式光纤内窥镜使用两组光纤光束(FiberoptieOptical Bundle)，分别是图像光纤光束和照明光纤光束，共同设置在一个可弯曲的伸入软管中。对于一般的软式光纤内视镜，主要的组成部分包括插入部分(含前端部分、弯曲部分和柔软部分)、控制部分和目镜。此外，图像传导纤维、光导纤维和检测角度控制绞线也都安装在伸入软管内。由软式光纤内视镜末端的物镜(ObjectiveLens)所捕捉到的受检物体图像，不象刚性内视镜那样由一系列透镜传送，而是由一个特别的光纤束(称为图像束(Image Bundle))传回到目镜(Eyepiece)，供检查者进行观测之用。软式光纤内视镜主要是利用高品质玻璃纤维束来提供图像传输功能。图像分辨率的好坏取决于光纤的品质。由于软式光纤内视镜的镜体柔软且可弯曲，因此可以容易地通过导管伸入到不易接近的拐角部位进行检测工作。其应用要比刚性内视镜更灵活。
2.3 视频内窥镜
这类内窥镜系统主要是利用超小型的电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)来实现图像的传输，它是将物镜所获取的图像先转换成电子信号，再将其传导到图像控制器，并使图像呈现在监视器的屏幕上，使检查者可通过彩色监视器观看到高分辨率的检测图像。电子图像内视镜可使用电池提供能源，其操作使用效果要超过前述两种内视镜，并有轻巧、携带方便的优点，此外，这种内视镜的图像清晰度和工作距离均优于光纤内视镜。
目前国际上最新型的视频内窥镜，如美国韦林和日本奥林巴斯都安装了最新开发的光学镜头和电荷耦合器件，大幅度提高了图像分辨率。不仅可通过光学接头所指示的方向和视角来精确地量测距离，还可以同时以直视和侧视的角度观察飞机发动机的内部。
这种最新型的视频内窥镜，除了可提供清晰的图像外，还有其它的使用功能，其中之一就是对问题进行立体测量，其操作和人眼有着相同的原理，即利用左、右两边的物镜去观察同一个物体的图像，再计算出物体与各镜头的距离。当该物体的图像呈映在左、右镜头上时，可利用三角测量原理，自动计算出物体(或缺陷)的实际尺寸。此外，该型视频内窥镜也具有图像储存和传送功能，可通过E-mail将图像数据传送到各相关人员的笔记本电脑上，使他们可以随时随地进行缺陷的分析工作，而使飞机维修的检查工作更加方便。
2.4 荧光光纤内窥镜
在金属物体表面上使用荧光(或染色)渗透液，来检查微小的裂纹和瑕疵，是各国工业界使用的传统无损检测方式。目前一些先进国家的飞机制造和修理厂商将前面介绍的内窥镜技术与传统的液渗检测法相结合，开发了紫外线遥视检测(Ultraviolet-RVI)系统，也称为“荧光光纤内窥镜”，用来检查一般眼睛无法(或不易)看到的飞机或发动机内部的细微裂纹缺陷。荧光光纤内窥镜的基本原理是，当某些物质被紫外光照射时，就会有荧光反应，而且可以很容易地被观测到。利用这一原理，在检测中，将荧光(染色)液渗剂涂抹在物体表面上，在清除过量的渗透染剂并涂上显影剂后，用黑光灯照射该处，就可看出表面上发丝状的细小裂纹。
这种内窥镜检测系统除了具有上述内窥镜的相关功能外，还可由物镜前端喷出压缩空气、水、荧光渗透液和显影剂等萤光检测所需材料，并可作为黑光灯的光源。
2.5 修磨内窥镜
在飞机维修中，非定期的发动机拆装、维修最为浪费工时和成本，但其往往又是一个不可避免的维修过程。即使是按照最严格的标准设计／制造的现代涡轮发动机，在使用中也无法保证不会受到损伤。造成发动机非定期拆装的主要原因之一，就是高压缩机(HPC)的叶片受到外物的损坏。长期以来，当飞机发动机受到外物的损坏时，必须将其从飞机上卸下并拆解维修。受损的叶片更换或修理完毕后，再组装回去，并运往试车室(或试车台)进行试车。这种维修会花费大量的人力、工时和材料，造成维修成本的增加。近年来一些发达国家的航空工业部门成功研究了一种兼具检测和维修双重功能的修磨内窥镜系统，其构造和传统的刚性内窥镜相似，只是在刚性内窥镜镜管的最前端加装一个磨头插座，可根据需要安装不同的磨头，以及调整适当的工作角度。该内窥镜有一个侧向镜头，除可用于一般的检测外，还可让检查者直接利用肉眼或电子显像方式，来监视磨头进行修磨工作的情况。在修磨内窥镜中有一个极小的电动机，可以用每分钟数千转的转速，来驱动该磨头的运转，并且根据实际需要调整适当的转速。其配备的各种不同长度、可更换的磨头，可分别用于进行切割、研磨、磨光和擦亮等维修工作，使整个修护工作能在不拆解任何发动机外部构件的情况下完成，从而显著降低维修工时和成本。
3、内窥镜检测技术的应用
3.1 内窥镜检测特点
内窥镜检测技术解决了无法用肉眼直接观察到的飞机和发动机的内部机件和结构的缺陷情况，因此，内窥镜检测技术可以看成是眼睛在视力上的延伸。内窥镜检测的优点并不仅限于此，它可以将检测点处的缺陷以清晰、高分辨率的完整、彩色图像传送回来，并可利用电子图像的方式将其捕捉、增强、分析和存储，以做为检测人员后续维修工作的参考。而修磨内窥镜则进一步将检测和维修两种功能合二为一，大幅度提高了内窥镜系统在飞机维修上的使用效能，因此，其在未来飞机和发动机的检测和修护方面，具有巨大的发展潜力。
3.2 内窥镜使用方式
内窥镜系统一般使用于飞机以下部位的检查：发动机(含进气风扇、压缩机的涡轮叶片、燃烧筒、齿轮箱和滑油箱等)，机体各部位(含机身、机翼、起落架系统、垂直／水平尾翼等)，以及其它无法直接由目视观察到的部位。检查的项目以机件受到外物损伤、腐蚀、硫化、磨损、裂纹和污染物的影响为主。在使用内窥镜进行检测时，首先应考虑以下几个因素，做为选用内窥镜设备的依据：
(1)检查伸入孔的大小。检查伸人孔的尺寸大小，将会限制内窥镜镜管直径(或工作直径)的大小。
(2)检测点的接近路径。如果通往检测点的接近路径是直线型的，则比较适合采用刚性内窥镜来进行检测工作；如果是弯曲(或曲折)的接近通路，就必须选用软式光纤内视镜或视频内窥镜。
(3)检查伸入孔的位置。在检测时，必须将内窥镜的物镜伸入到足够接近检测点(或受检物)的位置，才能开展检测工作。检查伸人孔的位置将决定内窥镜的观测方向、接近路线和工作长度的选取。如果在检查入口没有足够的伸展空间，则检验者可能需要一个与目镜连接的调整器，以获得最合适的观测角度。
(4)物镜到受检物的距离。无论是使用标准的还是高强度的光源，物镜到受检物之间的距离远近，都将会直接影响照明的需求量，而且，物镜也需利用最佳的视角，来获得最好的图像分辨率和最大的放大率。
(5)缺陷的大小。受检物的缺陷大小差异很大，既有细如发垒酌裂纹，也有较大的损坏裂痕。这些缺陷的尺寸大小，是选择内窥镜的放大率、视角、聚焦能力和镜片分辨率的重要参考因素，以便能获得合适而清晰的缺陷图像。在通常情况下，较大的视角可以较快地扫描大的范围，并且可避免在检测时丢失部分受检物图像的情况。
(6)受检物的轮廓大小。受检物的轮廓包括整个受检物体、裂痕或裂纹，以及变形等部分的大小，这是确定视角和光源亮度的最重要因素之一。如果受检物处于检测区域的长度过长或太深，则受检物的某些部位可能会在不同的平面上，故所采用的内窥镜系统必须具备足够的调焦功能，以便可以在一个固定位置上，能够很清楚地捕捉到不同距离或深度的受检物图像，并完整地传送给检验者。
(7)光线的反射率(Reflectivity)。对于那些涂抹了碳涂料的漆黑物体表面而言，由于其光线反射率较差，因此需要较强的照明效果，才能获得较佳的受检物图像。
4、结束语
在飞机和发动机的维护和维修过程中，尤其是在发动机部分的维修检查中，“内窥镜”检测是相当重要的一种手段，在未来飞机／发动机的检测和修护方面，具有巨大的发展潜力。这种先进的检测技术不仅应用在飞机发动机的维修检查中，目前已被推广到地面工程设备的检测，这将会给工程设备的检测带来事半功倍的经济效益。 |
