基于智能手機的航空發動機孔探教學系統的設計與實現

林高飛 邱靜 劉華 趙玉春 劉俊博 李書明 張瑩

摘 要：基于安卓智能手機的航空發動機孔探教學系統設計與實現，通過分析目前航空教學過程中的教學需求，找出目前航空孔探教學中面臨的主要難題，利用自主開發的航空孔探教學系統、較為廉價的工業孔探儀和普及的智能手機的組合來代替昂貴的航空孔探儀，使用開源性的Android系統來進行孔探軟件的功能實現，讓其具有航空孔探儀的拍照、錄像和測量標注等主要功能，可以實現在教學上替代航空孔探儀，解決航空孔探教學中教具昂貴難以獲取的主要問題，填補航空孔探教學上的空白。

關鍵詞：教學 安卓 Android 智能手機 Eclipse 航空發動機 孔探

中圖分類號：V23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0129-02

民用航空產業無疑是時下最為蓬勃發展的朝陽產業之一，我國民用航空產業也正以迅猛的勢頭快速發展著，由民航大國向民航強國進行轉型。伴隨著民航業的發展，國內航空業界機隊規模也不斷增大，而與之相關的對航空器進行維護和修理的工程技術人才需求也隨之增大，對民用航空工程技術人才的教育和培養也提出了更多的要求。新世紀，飛機的維修方式發生了新的變化，由傳統的定時維修方式轉變成為視情維修方式。該方式針對性強，但必須有適當的監測手段。后來又形成了以故障模式和故障影響分析為基礎的可靠性維修 （RCM：Reliable Capability Mainte-nance）。從技術方面來講，采用無損檢測（NDT）手段發現飛機損傷、戰傷、故障隱患以及判定損傷等級是航空維修的先期工作，是革新維修方式的關鍵環節。內窺/孔探技術作為NDT技術重要分支，在航空發動機維護中的應用愈來愈廣泛。同時，面向發動機維護的內窺技術產品的性能也在不斷地提高，極大地推動了發動機故障診斷與監測工作的順利進行[1]。

所以，在現代航航空發動機孔探檢查作為最為方便快捷的無損探傷技術，無論在航空發動機的航線維護、定檢還是在返廠大修過程中都被廣泛地采用，因此，航空發動機的維護將越來越需要全面掌握孔探原理和技巧、能夠熟練使用孔探儀器的工程人才。機務人員在獲取了探測部位的圖像之后，必須查閱相關發動機型號手冊，根據手冊對于發動機損傷部位的描述，判斷損傷部件是否需要更換或換發或者憑借檢測人員多年的經驗做出判斷[2]。然而，國內外航空維修業所采用的航空孔探儀由于其高度的精確性使其往往具有很高的價格，并且需要十分精細的操作與維護[3]，這些特點使得航空發動機孔探儀很難被引進到航空發動機孔探教學中來，普通高校和教學機構難以負擔高額的器材費，難以獲取講課和教學所需要的教具，成為了阻礙航空類院校和教育機構進行孔探教學工作的攔路虎。同時，航空高校孔探教學需要也與航空工業無損探傷中的孔探工作的要求也有所區別。實際使用的航空孔探儀往往需要滿足高精度、高靈敏度以滿足安全標準嚴苛的航空業要求。而在教學中，要求教學用孔探儀更加便捷、適用于教員講解、示范，能和教學用多媒體設備進行實時交互的孔探教學儀器，對于精度和靈敏度并無太高要求。

基于智能手機的航空發動機孔探教學系統的開發，將解決航空發動機孔探教學時難以獲取教具的問題。本系統利用普通的較為廉價的工業內窺鏡和目前已經大眾化的智能手機，在智能手機上安裝自主開發的孔探教學系統客戶端，將智能手機與內窺鏡通過Wifi相連，從而形成一套基于智能手機的航空發動機孔探教學系統，從功能上和操作上，能夠幾乎完美地模擬目前航空維修業一線生產中的孔探工作，填補了航空發動機孔探教學上的空白。

1 系統的總體設計與功能

基于智能手機的航空發動機孔探教學系統主要分成以下三個部分：內置Wifi熱點的工業內窺鏡、Android系統智能手機和自主研發的孔探教學系統客戶端。工業內窺鏡由探頭、導管、鏡體和內置Wifi熱點發射器組成（見圖1），內窺鏡搜集發動機內部的圖片、視頻信息，通過Wifi連接，傳輸至裝有孔探教學系統客戶端的Android智能手機，是系統數據的主要入口。裝有孔探教學系統客戶端的Android智能手機解碼、接受內窺鏡發回的數據，對圖片和視頻信息進行儲存和處理，客戶端提供控制內窺鏡拍照、錄像的功能，還提供對孔探所見的航空發動機內部部件的損傷進行缺陷尺寸的測量和標注等正式航空工業孔探儀的功能。

安卓系統擁有著優秀的開源性，在各種移動智能終端上都能夠完美兼容。有眾多谷歌官方以及第三方開發者提供的源碼支持，可以無限擴展軟件的功能，有利于教學上進行創新和發展；最重要的是，Eclipse在編寫，查錯，編譯，幫助等方面與Java語言完美配合，更普及也更具有兼容性[4]。

2 系統的關鍵技術

2.1 Wifi數據傳輸

在購買的工業內窺鏡上加裝Wifi熱點，具有Wifi連接功能的智能手機就可以連接上工業內窺鏡。此時工業內窺鏡探頭所捕捉的視頻信號就可以通過Wifi傳輸給所連接的窗口，程序通過調用收到的視頻信號，顯示在MainActivity上，相當于航空孔探儀的顯示屏。從系統設計的角度來看，智能手機和工業內窺鏡之間可以使用有線和無線兩種方式進行連接和數據傳輸，而Wifi數據傳輸技術，不僅可以實現兩者之間的便捷無線連接，同時，Wifi連接還支持一對多連接，一臺工業內窺鏡可以連接多臺安裝有孔探系統客戶端的智能移動終端，教員在操作內窺鏡進行示范時，學員也可以將自己的智能手機連接至內窺鏡，實時觀看教員處操作的圖像。甚至還能將內窺鏡傳回的圖像投影至教學多媒體顯示板上，更方便教學。

2.2 客戶端拍照、錄像控制

客戶端的這一功能與系統自帶的照相機功能類似，語句也有一定程度上的相似之處，MainActivity上有兩個按鈕一個為拍照功能；另一個為錄制功能，同時增加了存儲路徑語句，在拍照和錄像之后自動存儲至用戶設置的存儲路徑。這也是航空孔探儀所具備的基本功能，操作也比較類似，具有實際的練習價值。

2.3 標注、測量功能

客戶端還具備標注與測量功能。測量功能是由用戶給定標準長度，客戶端會讀取用戶給定的標準長度，與用戶指定的裂紋長度進行比較，測量出相應裂紋長度的近似值；而標注功能允許操作者給制定的裂紋標注長度。這些功能是航空孔探工作中最常用的兩種功能，在航空發動機探傷中也最為常見，是本系統最為關鍵的功能之一。

此外，升級后的系統還將具有自動生成孔探報告、航空發動機AMM手冊查詢等專業孔探儀不具備的、而現實發動機維護工程工作中所必須的功能。

3 系統的應用

基于智能手機的航空孔探教學系統以其方便、快捷、廉價的特性，十分符合航空類高校和培訓機構在孔探教學中的要求。在教學過程中，高校和培訓機構可以購買足夠的數量以滿足其教學需要；系統采用的是開放的Adroid開發平臺，其良好的共同性能夠很好地與各種教學用多媒體設備連接，例如教員在進行示范的時候，能夠將實時的孔探影像投影至大屏幕上，方便講解和示范，同時學員也可以把自己手中安裝有航空孔探教學系統客戶端的智能手機連接到教員所使用的內窺鏡上，更好地學習和觀察教員的操作，對孔探工作能有更深入的認識；學員在進行操作練習的時候，教員也能夠連接上學員所使用的內窺鏡，實時進行評價和指導。這樣一來就能大大提高航空孔探教學的效率和普及程度。

此外，航空孔探教學系統的研發也是一次大膽地嘗試，在教學系統中我們可以設計更多的專業孔探儀所不具備的功能：如自動生成孔探報告、手冊檢索等。在教學系統中試行取得效果以后，將這些功能拓展到專業的航空孔探儀上，方便維修工作的進行，也未嘗不可。

4 結語

基于智能手機的航空孔探教學系統在其精確度、靈敏度和圖像分辨率等多個方面雖然遠不及于正統的航空業中所使用的孔探設備。然而其優點在于廉價、便捷，同時，該文中所開發的航空孔探教學系統，采用了Wifi連接的形式，可以同時連接多臺手機甚至是安裝有電腦客戶端的PC，教師在課堂上講解的同時學生也能用自己的智能手機連接上工業內窺鏡，實時同步學習。此外，客戶端的搭載平臺是十分普及的安卓系統，還可以擴充其他的如自主生成孔探報告、手冊查詢等航空孔探設備所不具備的功能。這些在航空孔探教學系統上的實踐工作對實際的航空孔探設備配套軟件的改進和功能完善也是很有借鑒意義的。

參考文獻

[1] 于輝，左洪福，黃傳奇.先進內窺技術與發動機故障檢測[J].航空工程與維修，2002（2）：20-22.

[2] 劉震雄.工業內窺鏡在民用航空發動機維修中的應用[J].硅谷，2014（14）：100-101.

[3] 美國韋林公司.Inspection TechnologiesXL Go+ VideoProbe Operating Manual[M].

[4] 李培林.安卓系統的應用及發展趨勢展望[J].計算機光盤軟件與應用，2012（18）：161-162.