基于智能手機(jī)的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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(jī)的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，通過分析目前航空教學(xué)過程中的教學(xué)需求，找出目前航空孔探教學(xué)中面臨的主要難題，利用自主開發(fā)的航空孔探教學(xué)系統(tǒng)、較為廉價的工業(yè)孔探儀和普及的智能手機(jī)的組合來代替昂貴的航空孔探儀，使用開源性的Android系統(tǒng)來進(jìn)行孔探軟件的功能實現(xiàn)，讓其具有航空孔探儀的拍照、錄像和測量標(biāo)注等主要功能，可以實現(xiàn)在教學(xué)上替代航空孔探儀，解決航空孔探教學(xué)中教具昂貴難以獲取的主要問題，填補(bǔ)航空孔探教學(xué)上的空白。

關(guān)鍵詞：教學(xué) 安卓 Android 智能手機(jī) Eclipse 航空發(fā)動機(jī) 孔探

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

民用航空產(chǎn)業(yè)無疑是時下最為蓬勃發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)之一，我國民用航空產(chǎn)業(yè)也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展著，由民航大國向民航強(qiáng)國進(jìn)行轉(zhuǎn)型。伴隨著民航業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)航空業(yè)界機(jī)隊規(guī)模也不斷增大，而與之相關(guān)的對航空器進(jìn)行維護(hù)和修理的工程技術(shù)人才需求也隨之增大，對民用航空工程技術(shù)人才的教育和培養(yǎng)也提出了更多的要求。新世紀(jì)，飛機(jī)的維修方式發(fā)生了新的變化，由傳統(tǒng)的定時維修方式轉(zhuǎn)變成為視情維修方式。該方式針對性強(qiáng)，但必須有適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測手段。后來又形成了以故障模式和故障影響分析為基礎(chǔ)的可靠性維修 （RCM：Reliable Capability Mainte-nance）。從技術(shù)方面來講，采用無損檢測（NDT）手段發(fā)現(xiàn)飛機(jī)損傷、戰(zhàn)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(guān)鍵環(huán)節(jié)。內(nèi)窺/孔探技術(shù)作為NDT技術(shù)重要分支，在航空發(fā)動機(jī)維護(hù)中的應(yīng)用愈來愈廣泛。同時，面向發(fā)動機(jī)維護(hù)的內(nèi)窺技術(shù)產(chǎn)品的性能也在不斷地提高，極大地推動了發(fā)動機(jī)故障診斷與監(jiān)測工作的順利進(jìn)行[1]。

所以，在現(xiàn)代航航空發(fā)動機(jī)孔探檢查作為最為方便快捷的無損探傷技術(shù)，無論在航空發(fā)動機(jī)的航線維護(hù)、定檢還是在返廠大修過程中都被廣泛地采用，因此，航空發(fā)動機(jī)的維護(hù)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(jī)務(wù)人員在獲取了探測部位的圖像之后，必須查閱相關(guān)發(fā)動機(jī)型號手冊，根據(jù)手冊對于發(fā)動機(jī)損傷部位的描述，判斷損傷部件是否需要更換或換發(fā)或者憑借檢測人員多年的經(jīng)驗做出判斷[2]。然而，國內(nèi)外航空維修業(yè)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(xì)的操作與維護(hù)[3]，這些特點(diǎn)使得航空發(fā)動機(jī)孔探儀很難被引進(jìn)到航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)中來，普通高校和教學(xué)機(jī)構(gòu)難以負(fù)擔(dān)高額的器材費(fèi)，難以獲取講課和教學(xué)所需要的教具，成為了阻礙航空類院校和教育機(jī)構(gòu)進(jìn)行孔探教學(xué)工作的攔路虎。同時，航空高?？滋浇虒W(xué)需要也與航空工業(yè)無損探傷中的孔探工作的要求也有所區(qū)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(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛的航空業(yè)要求。而在教學(xué)中，要求教學(xué)用孔探儀更加便捷、適用于教員講解、示范，能和教學(xué)用多媒體設(shè)備進(jìn)行實時交互的孔探教學(xué)儀器，對于精度和靈敏度并無太高要求。

基于智能手機(jī)的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)，將解決航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)時難以獲取教具的問題。本系統(tǒng)利用普通的較為廉價的工業(yè)內(nèi)窺鏡和目前已經(jīng)大眾化的智能手機(jī)，在智能手機(jī)上安裝自主開發(fā)的孔探教學(xué)系統(tǒng)客戶端，將智能手機(jī)與內(nèi)窺鏡通過Wifi相連，從而形成一套基于智能手機(jī)的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)，從功能上和操作上，能夠幾乎完美地模擬目前航空維修業(yè)一線生產(chǎn)中的孔探工作，填補(bǔ)了航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)上的空白。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計與功能

基于智能手機(jī)的航空發(fā)動機(jī)孔探教學(xué)系統(tǒng)主要分成以下三個部分：內(nèi)置Wifi熱點(diǎn)的工業(yè)內(nèi)窺鏡、Android系統(tǒng)智能手機(jī)和自主研發(fā)的孔探教學(xué)系統(tǒng)客戶端。工業(yè)內(nèi)窺鏡由探頭、導(dǎo)管、鏡體和內(nèi)置Wifi熱點(diǎn)發(fā)射器組成（見圖1），內(nèi)窺鏡搜集發(fā)動機(jī)內(nèi)部的圖片、視頻信息，通過Wifi連接，傳輸至裝有孔探教學(xué)系統(tǒng)客戶端的Android智能手機(jī)，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的主要入口。裝有孔探教學(xué)系統(tǒng)客戶端的Android智能手機(jī)解碼、接受內(nèi)窺鏡發(fā)回的數(shù)據(jù)，對圖片和視頻信息進(jìn)行儲存和處理，客戶端提供控制內(nèi)窺鏡拍照、錄像的功能，還提供對孔探所見的航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部部件的損傷進(jìn)行缺陷尺寸的測量和標(biāo)注等正式航空工業(yè)孔探儀的功能。

安卓系統(tǒng)擁有著優(yōu)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(fā)者提供的源碼支持，可以無限擴(kuò)展軟件的功能，有利于教學(xué)上進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)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(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Wifi數(shù)據(jù)傳輸

在購買的工業(yè)內(nèi)窺鏡上加裝Wifi熱點(diǎn)，具有Wifi連接功能的智能手機(jī)就可以連接上工業(yè)內(nèi)窺鏡。此時工業(yè)內(nèi)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(diào)用收到的視頻信號，顯示在MainActivity上，相當(dāng)于航空孔探儀的顯示屏。從系統(tǒng)設(shè)計的角度來看，智能手機(jī)和工業(yè)內(nèi)窺鏡之間可以使用有線和無線兩種方式進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸，而Wifi數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)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(yè)內(nèi)窺鏡可以連接多臺安裝有孔探系統(tǒng)客戶端的智能移動終端，教員在操作內(nèi)窺鏡進(jìn)行示范時，學(xué)員也可以將自己的智能手機(jī)連接至內(nèi)窺鏡，實時觀看教員處操作的圖像。甚至還能將內(nèi)窺鏡傳回的圖像投影至教學(xué)多媒體顯示板上，更方便教學(xué)。

2.2 客戶端拍照、錄像控制

客戶端的這一功能與系統(tǒng)自帶的照相機(jī)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(shè)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(xí)價值。

2.3 標(biāo)注、測量功能

客戶端還具備標(biāo)注與測量功能。測量功能是由用戶給定標(biāo)準(zhǔn)長度，客戶端會讀取用戶給定的標(biāo)準(zhǔn)長度，與用戶指定的裂紋長度進(jìn)行比較，測量出相應(yīng)裂紋長度的近似值；而標(biāo)注功能允許操作者給制定的裂紋標(biāo)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(fā)動機(jī)探傷中也最為常見，是本系統(tǒng)最為關(guān)鍵的功能之一。

此外，升級后的系統(tǒng)還將具有自動生成孔探報告、航空發(fā)動機(jī)AMM手冊查詢等專業(yè)孔探儀不具備的、而現(xiàn)實發(fā)動機(jī)維護(hù)工程工作中所必須的功能。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用

基于智能手機(jī)的航空孔探教學(xué)系統(tǒng)以其方便、快捷、廉價的特性，十分符合航空類高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在孔探教學(xué)中的要求。在教學(xué)過程中，高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)可以購買足夠的數(shù)量以滿足其教學(xué)需要；系統(tǒng)采用的是開放的Adroid開發(fā)平臺，其良好的共同性能夠很好地與各種教學(xué)用多媒體設(shè)備連接，例如教員在進(jìn)行示范的時候，能夠?qū)崟r的孔探影像投影至大屏幕上，方便講解和示范，同時學(xué)員也可以把自己手中安裝有航空孔探教學(xué)系統(tǒng)客戶端的智能手機(jī)連接到教員所使用的內(nèi)窺鏡上，更好地學(xué)習(xí)和觀察教員的操作，對孔探工作能有更深入的認(rèn)識；學(xué)員在進(jìn)行操作練習(xí)的時候，教員也能夠連接上學(xué)員所使用的內(nèi)窺鏡，實時進(jìn)行評價和指導(dǎo)。這樣一來就能大大提高航空孔探教學(xué)的效率和普及程度。

此外，航空孔探教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)也是一次大膽地嘗試，在教學(xué)系統(tǒng)中我們可以設(shè)計更多的專業(yè)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(xué)系統(tǒng)中試行取得效果以后，將這些功能拓展到專業(yè)的航空孔探儀上，方便維修工作的進(jìn)行，也未嘗不可。

4 結(jié)語

基于智能手機(jī)的航空孔探教學(xué)系統(tǒng)在其精確度、靈敏度和圖像分辨率等多個方面雖然遠(yuǎn)不及于正統(tǒng)的航空業(yè)中所使用的孔探設(shè)備。然而其優(yōu)點(diǎn)在于廉價、便捷，同時，該文中所開發(fā)的航空孔探教學(xué)系統(tǒng)，采用了Wifi連接的形式，可以同時連接多臺手機(jī)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(xué)生也能用自己的智能手機(jī)連接上工業(yè)內(nèi)窺鏡，實時同步學(xué)習(xí)。此外，客戶端的搭載平臺是十分普及的安卓系統(tǒng)，還可以擴(kuò)充其他的如自主生成孔探報告、手冊查詢等航空孔探設(shè)備所不具備的功能。這些在航空孔探教學(xué)系統(tǒng)上的實踐工作對實際的航空孔探設(shè)備配套軟件的改進(jìn)和功能完善也是很有借鑒意義的。

參考文獻(xiàn)

[1] 于輝，左洪福，黃傳奇.先進(jìn)內(nèi)窺技術(shù)與發(fā)動機(jī)故障檢測[J].航空工程與維修，2002（2）：20-22.

[2] 劉震雄.工業(yè)內(nèi)窺鏡在民用航空發(fā)動機(jī)維修中的應(yīng)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(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢展望[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（18）：161-162.