基于图像处理的航空发动机叶片检测技术研究

第十届无损检测学会年会论文集航空发动机叶片高能工业 OT壁厚测量数据自动校准方法苏宇航，王倩妮，张于北 (北京航空材料研究院，北京100095)摘要：在航空发动机空心涡轮叶片壁厚测量应用中，由于高能工业CT受空间频率调制度的局限，小尺寸壁厚测量往往将引入误差。

本文采用标准厚度片进行壁厚数据校准，并针对大批量叶片CT测厚中的数据后处理问题设计了基于MATLAB的壁厚数据自动校准程序，可自动完成大批量壁厚数据的后处理程序，提高叶片壁厚CT检测效率。

关键词：I CT；壁厚测量；数据校准；M ATLA BA u t o ma t i c D a ta Ca lib rat ion Met h od in Wall Th i ck ne s s Me as u re m en t byHigh Energy Industrial CT i n A vi at io n Tu r bi n e Bl ad e ManufacturingSU",／u-Ha n g，W A NG Qian-N i，ZHANG Yu-B e i(A V I C Bei ji n g Institu te of Av i a t i on Material，Beijing 100095，C h in a)Abstract：In s m a l l d im e ns i on wa ll thickness me asu rem ent ap plica tion of avi ation"turbin e blade，the precisio n of the re su lt of the wall thickness i n f o rm a t i o n a l wa y s be guaranteed accurately，while the s p a c e f r e qu e n cyincreasing。

声波在无损检测中的新技术研究进展无损检测技术在现代工业中扮演着至关重要的角色，它能够在不损害被检测物体的前提下，对其内部结构和性能进行有效的评估。

其中，声波无损检测技术凭借其独特的优势，在众多领域得到了广泛的应用。

随着科学技术的不断发展，声波无损检测领域也涌现出了一系列新技术，为检测的准确性、可靠性和效率带来了显著的提升。

一、声波无损检测技术的基本原理声波无损检测是利用声波在材料中的传播特性来检测材料内部的缺陷和性能。

当声波在材料中传播时，会与材料内部的组织结构相互作用，如遇到缺陷（如裂纹、孔洞、夹杂等），声波的传播路径、速度、频率等参数会发生改变。

通过接收和分析这些变化，可以推断出材料内部的情况。

常见的声波无损检测方法包括超声检测、声发射检测和声学显微镜检测等。

超声检测是利用高频超声波在材料中的反射和透射来检测缺陷；声发射检测则是通过检测材料在受力过程中释放的声波来监测材料的损伤；声学显微镜检测能够提供材料表面和近表面的微观结构信息。

二、新技术的涌现1、相控阵超声检测技术相控阵超声检测是一种先进的超声检测技术，它通过控制多个超声探头阵元的激励时间和幅度，实现对声波束的聚焦和偏转。

相比传统的超声检测，相控阵技术具有检测速度快、覆盖范围广、检测精度高等优点。

它能够对复杂形状的构件进行快速检测，并且可以生成直观的三维图像，帮助检测人员更准确地判断缺陷的位置和形状。

2、激光超声检测技术激光超声检测是一种非接触式的检测技术，它利用激光脉冲在材料表面激发超声波，然后通过光学手段检测超声波的传播。

这种技术具有高空间分辨率、远距离检测和对表面微小缺陷敏感等优点。

在航空航天、半导体等领域，激光超声检测技术对于检测高温、高速运动或难以接近的部件具有独特的优势。

3、导波检测技术导波检测是利用在结构中传播的特定类型的声波（导波）来检测结构的完整性。

导波能够沿着结构传播较长的距离，因此可以实现对大型结构（如管道、桥梁等）的快速检测。

航空发动机单晶涡轮工作叶片气膜孔制孔技术研究航空发动机单晶涡轮是航空工程中非常重要的部件，其工作叶片承受着高温高压和高速气流的冲击和侵蚀，因此需要具备优异的耐热、耐氧化和耐磨损性能。

气膜孔是单晶涡轮制造过程中关键的步骤之一，它能够通过气膜冷却，有效降低叶片的工作温度并提高其寿命。

目前，航空发动机单晶涡轮制孔技术主要采用激光制孔和电火花制孔两种方法。

激光制孔技术是目前最常用的方法之一、它采用激光束对单晶涡轮叶片进行高精度的蒸发和烧蚀，形成孔洞。

这种方法具有制孔速度快、孔洞形状规整、孔径精度高等优点。

但是，激光制孔技术的成本较高，设备体积较大，孔壁表面质量有一定的要求。

电火花制孔技术是一种电火花放电加工方法。

它通过电极间的辉光放电将工作液体（通常是纯水或蜡液）离子化，并形成大量气体泡沫。

当液体附着在单晶涡轮叶片上时，放电就会在液体和表面产生化学反应，形成孔洞。

这种方法具有制孔成本低、设备体积小、可控性强等优点。

但是，电火花制孔技术的制孔速度较慢，还存在易产生裂纹和孔壁质量问题的风险。

为了提高气膜孔制孔技术的质量和效率，研究人员还进行了一系列的研究工作。

例如，他们通过优化激光参数、改进工艺流程和控制冷却介质等方式，提高激光制孔的速度和质量。

另外，也有研究者尝试采用新的制孔材料，如超硬合金和陶瓷材料，来改善电火花制孔的效果和质量。

总的来说，航空发动机单晶涡轮工作叶片气膜孔制孔技术是一项具有挑战性的工作。

未来的研究重点将在提高制孔速度、降低成本、提高孔洞质量和减少材料损耗等方面进行。

这将有助于更好地满足航空工程领域对单晶涡轮的性能要求，并推动航空发动机技术的发展。

航空发动机Aeroengine收稿日期：2019-07-21基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：卜嘉利（1985），男，硕士，工程师，主要从事航空发动机故障零部件的失效分析工作；E-mail ：。

引用格式：卜嘉利，高志坤，牛建坤，等.航空发动机风扇静子叶片裂纹失效分析[J].航空发动机，2021，47（6）：91-95.BU Jiali ，GAO Zhikun ，NIU Ji⁃ankun ，et al.Crack failure analysis of a fan stator blade[J].Aeroengine ，2021，47（6）：91-95.航空发动机风扇静子叶片裂纹失效分析卜嘉利，高志坤，牛建坤，曹勇（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）摘要：针对某型航空发动机风扇静子叶片前缘靠近上缘板部位在振动疲劳试验结束后发现的裂纹故障，运用荧光探伤检测、断口宏微观分析、叶片表面划痕来历分析、源区表面检查、材质分析及有限元应力模拟分析等技术手段，对该裂纹的性质及萌生原因进行细致分析。

分析结果表明：故障风扇静子叶片裂纹的性质为高周疲劳，裂纹断口疲劳起源于叶片叶盆侧前缘靠近上缘板基体表面划痕处，呈多源线性起始特征。

疲劳源区距前缘距离约为2.3mm ，疲劳源区表面未见明显冶金缺陷，疲劳裂纹的萌生与叶片表面划痕有关。

建议严格控制振动光饰机中磨粒棱边的圆滑度，不应存有锋利棱角，避免在振动光饰时磨粒划伤叶片表面，降低叶片表面完整性，在叶片划伤部位出现应力集中现象。

关键词：风扇静子叶片；振动疲劳试验；疲劳裂纹；振动光饰；有限元分析；失效分析；航空发动机中图分类号：V232.4文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2021.06.016Crack Failure Analysis of a Fan Stator VaneBU Jia-li ，GAO Zhi-kun ，NIU Jian-kun ，CAO Yong（AECC Shenyang Engine Research Institute ，Shenyang 110015，China ）Abstract ：The crack initiation was found at the leading edge of the fan stator vane ，where was close to the upper edge plate ，after the vibration fatigue test finished.The crack property and emergence were identified by fluoroscopy ，fracture analysis ，surface inspection ，scratch analysis ，chemical composition analysis ，metallographic examination ，hardness inspection and finite element analysis.The results show that the property of the crack is high cycle fatigue fracture ，the fatigue of the crack fracture originates from the scratch on the front edge of the vane basin side close to the matrix surface of the upper edge plate ，the fatigue source region showed multi-source linear initialcharacteristics.The distance between the fatigue source area and the leading edge is about 2mm ，no obvious metallurgical defects arefound on the surface of the fatigue source area ，the initiation of the crack is related to the scratch of the vane surface.It is suggested that the smoothness of the abrasive grinding edges in vibration finishing machine should avoid scratching the vane surface by abrasive particles during vibration finishing ，reduce the integrity of the vane surface ，and stress concentration occurs at the scratched part of vane.Key words ：fan stator vane ；vibration fatigue test ；fatigue crack ；vibration finishing ；finite element analysis ；failure analysis ；aero⁃engine第47卷第6期2021年12月Vol.47No.6Dec.20210引言随着中国对航空发动机动力要求的不断提升，压气机部件气动负荷和性能指标也不断提高。

第 50 卷第 2 期2024 年 4 月Vol. 50 No. 2Apr. 2024航空发动机Aeroengine基于光纤复合测量技术的涡轮叶片气膜孔检测高继昆1，闫峰1，何小妹2，德晓薇1（1.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015； 2.航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）摘要：为了解决航空发动机涡轮叶片气膜孔几何特征参数有效检测手段缺乏、测量结果一致性差的问题，设计并搭建了基于光纤复合测量技术的涡轮叶片气膜孔检测系统，提出了利用该系统对涡轮叶片气膜孔进行测量的方法，通过试验进行了方法验证。

搭建的系统为多传感器测量系统，具备叶片接触与非接触测量、空间姿态定位及3D投影能力，实现了涡轮叶片全范围气模孔的测量。

在试验中，选取高压涡轮叶片作为被测物体，应用该测量系统对叶片上的气膜孔进行了测量，计算得到了气膜孔直径、轴线角度及位置度的准确信息。

结果表明：通过测量不确定度的分析评定可知，该系统对气膜孔直径、位置度的测量不确定度均小于0.01 mm，完全满足设计公差对测量仪器的精度要求，可以用于涡轮叶片气膜孔工程化测量。

关键词：涡轮叶片；气膜孔；几何特征参数；光纤复合测量技术；接触测量；非接触测量；航空发动机中图分类号：V232.4文献标识码：A doi：10.13477/ki.aeroengine.2024.02.019Inspection of Turbine Blade Film Cooling Holes Based on Fiber OpticMulti-sensor Measurement TechniqueGAO Ji-kun1， YAN Feng1， HE Xiao-mei2， DE Xiao-wei1（1. AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang 110015，China；2. Changcheng Institute of Metrology and Measurement，Beijing 100095，China）Abstract：In order to solve the problems of lacking effective inspection means and poor consistency of measurement results for aeroengine turbine blade film cooling hole geometrical feature parameters, an inspection system for turbine blade film cooling holes was designed and established based on fiber optic-based multi-sensor measurement technique. The measurement method of the film cooling holes using the system was proposed, and verified by measurement practices. The system is a multi-sensor measurement system with the ability of contact and non-contact measurement, spatial attitude positioning, and 3D projection, realizing measurement of film cooling holes over the entire turbine blade. A high-pressure turbine blade was selected for conducting the film cooling hole measurement by using the measurement system. Accurate geometrical feature parameters of the film cooling holes were calculated, including their diameters, axis angles, and position. The results show that through measurement uncertainty analysis and evaluation, uncertainties of the diameters and the positions are both less than 0.01mm, which fully meets the accuracy requirements of the measuring instrument derived from the design tolerances, and the system can be used for the inspection of the film cooling hole of the turbine blade.Key words：turbine blade; film cooling hole; geometrical feature parameter; fiber optic multi-sensor measurement technique; contact measurement; non-contact measurement; aeroengine0　引言涡轮叶片作为航空发动机关键部件之一，其气膜孔测量技术的精度和效率对于提高发动机性能和稳定性具有重要意义[1]。

Science &Technology Vision 科技视界0引言随着航空产品竞争日益激烈,降低保障与维护费用成为用户关心的问题,特别是对随机技术手册提出了更高要求,技术手册必须具有快速查阅、信息检索定位、故障定位、方便携带等功能,以使装备维修、维护、保障及时有力。

而传统的基于纸张的技术手册发布格式已经越来越难以满足最终用户的使用维护要求。

纸质的技术资料手册重量与体积大、造价高,而且其执行更改不及时,由此看来,传统的维修手段已不不适应现代航空发动机的发展。

展望未来航空维修业的发展,随着技术数据数字化,计算机微型化以及网络通讯技术日益发展成熟。

早在20世纪70年代末期,外军即开始意识到将交互式电子信息技术应用于武器装备维修保障的重要意义[2]。

美国国防部在进行大量调研分析的基础上,选择典型装备组织开展了一系列技术论证、应用研究以及验证评估活动。

结果表明,IETM 能使用户在众多的技术资料中快速、准确地找到所需的最新的技术信息,保证维修工作的及时进行,提高航空发动机的维修效能和战备完好性。

据统计,使用IETM 使生产率提高70%、失误率减少50%、查询时间节省50%、复制费用减少70%、重量是原来的1/148、体积是原来的1/53[1]。

研究基于IETM 的多媒体技术就是用图形、图像、视频/动画等多种形式显示技术手册内容,为使用者提供详细、生动、易于理解的“电子化”技术资料。

因此,多媒体制作的好坏直接关系到IETM 的功能实现,而多媒体技术研究是IETM 制作过程中的一个关键技术,本文主要对IETM 中图像、视频/动画的制作过程进行分析,给出了解决办法,并实现多媒体和技术手册的统一。

1IETM 简介IETM (Interactive Electronic Technical Manual)即交互式电子技术手册,它是指综合应用了计算机多媒体、数据库和网络等技术的优势,将内容繁杂的操作手册、维修手册等信息,按照有关的标准有机地组织管理起来,并以最优化的方式将文字、表格、图像、工程图形、声音、视频/动画等多种信息形式显示在电子屏幕上,并以交互的方式进行查阅,将维修技术人员或系统操作人员所需的信息,精确地展现在使用者面前。

航空发动机故障诊断技术研究摘要：伴随国家的发展，这让当前的航天领域快速发展。

但是在该过程中发动机问题的出现，会对有关工作造成严重影响，因此需要使用相应措施，来对其开展控制，技术人员将故障诊断技术与维修工作结合后，让其对整体产生的影响得到了大幅降低。

基于此，本文重点分析了发动机的常见故障，同时细致阐述了相应的诊断技术，以及相应的方案，供参考。

关键词：航空；发动机；故障诊断引言：在航空发动机设计的过程中，相应人员在一定的前瞻性、成熟先进的技术，以及较高的性价比下，使用了高端的方式、终端的设备，促使发动机的水平处在行业领先位置。

但是在长时间使用后，难免会因为磨损、消耗等情况，促使其出现故障问题，为防止其对工作的开展造成影响，便要使用适合的故障诊断技术进行预防与维护，从而延长其使用的周期。

一、发动机常见故障（一）元件老化在飞机运行的过程中，发动机会长时间处在高温的状态下运转，因此会对内部存在的电子元件产生一定影响。

如果部件长时间处于磨损情况中，便会让发动机因此造成老化、功能退化的问题，从而对整体性能造成严重影响。

与此同时，如果飞机长时间处于未清理的状态，内部灰尘数量的增多，同样会对内部的电子元件功能产生影响。

（二）线路故障飞机的发动机系统在日常工作中运行时，每个系统之间的连接方式都是导线，例如：内部话传感器、ECU之间的连接便是利用导线。

如果在运行时，线路内部存在相应的故障，会让其中传感检测产生的信号内容在运输中受到阻碍，不能进行高效传送，并且ECU中的指令同样不能传达到执行器内部，这对其正常运行造成了严重阻碍[1]。

二、发动机故障诊断技术研究航空发动机使用的故障诊断技术，主要是为了对设备运行中的状况进行精准检测，并对其在工作中的可靠性进行预测，确保在使用中能够正常、平稳地运行，并对于内部存在的早期故障问题，进行细致分析，以便对开展应对的措施、危险存在位置、危害程度等多方面进行精准、细致地识别、评价，实现对故障情况未来发展趋势的准确预报，然后制定出适合的维护方式。

曲线上，见图3。

我们将风机各运行工况点在性能曲线上对应的开度与实际运行的开度进行对比，见表3。

表3 B引风机各运行工况点的参数对比项目单位315MW260MW168MW 实际挡板开度%64.214941性能曲线上对应开度°-1-8-14.5 %64.4 48.9 34.4开度偏差%-0.2 0.1 6.6开度相对偏差%-0.4 0.2 16.0平均开度相对偏差% 5.28由表3可以看出，B送风机在三个试验工况下的开度相对偏差分别为-0.4%、0.2%、16%，说明B送风机实际性能参数较设计参数略小，平均为5.2%，在风机制造误差8%以内。

因此，不需要对风机性能曲线上的理论图3 B送风机实际运行工况点在性能曲线上的位置154中国设备工程 2024.04（下）的难度。

稳定类问题出现后会影响发动机运行状态，造成发动机动力不稳定，无法保证飞行器稳定运行。

156研究与探索Research and Exploration ·智能检测与诊断中国设备工程 2024.04（下）多种问题进行合理预测，获得良好的案例分析经验。

无论采用任何检测技术都具有两面性，发动机模型问题诊断技术，由于系统仿真效率相对较快，在问题诊断工作开展前需要完成大量准备工作，才能达到理想的诊断目标。

2.5 神经网络诊断技术对航空发动机问题诊断技术给予重视，表现为掌握飞行器的安全驾驶，所以，对航空发动机问题诊断技术进行研究意义重大。

神经网络的运算单元可分成三类：输入部、输出部和隐含部。

输入部分负责接收外部环境的信息，而输出部分负责处理外部环境。

这两个加工装置都是直接与外部世界相连的。

而隐性细胞位于神经网络内部，与外部环境没有任何关系。

它接收来自网络内部的输入信号，而输出的结果仅对神经网络的其他部分起作用。

隐层是神经网络的核心。

随着航空事业的逐渐发展，神经网络诊断技术得到了广泛应用。

神经网络诊断技术经历了较长的发展过程，现有的技术体系相对成熟，并且通过bp 网络模型和r13网络模型，解决了传统检测方面遇到的问题。