光纤光栅传感器与机械结构预处理胶接方法

结构应力应变高精度测量对于实现直升机动静态强度监测与评估具有至关重要的意义。由于光纤光栅传感器具有柔韧性好、芯径细、抗电磁干扰能力强以及便于实现分布式监测等显著优点,使得其在航空航天器结构强度监测领域受到广泛重视。为提升直升机应变监测精度与灵敏度,本文研究了光纤光栅传感器应变感知原理和精度影响因素,构建了基于光纤光栅传感器的板结构应变监测系统。在此基础上,提出剥离光栅栅区涂覆层、施加预应力及其双层胶接等预处理集成方法,实现对板结构光纤光栅传感器应变测量精度的有效提升。     

钢筋锈蚀的光纤光栅监测

基于光纤光栅应变中心波长会发生漂移的原理,探讨了一种新的光纤光栅腐蚀传感器.设计了布拉格光栅来监测在役钢筋的锈蚀,通过光纤光栅的应变来监测钢筋锈蚀过程.单独设置一根光纤光栅来测量温度引起的光栅应变.通过两根光纤光栅监测应变,可分离出钢筋由于锈蚀所引起的体积变化.这种光纤光栅锈蚀传感器通过监测光栅波长随钢筋锈蚀漂移直接测量钢筋锈蚀程度,而且不受锈蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋锈蚀早期的监测.     

基于粒子群——克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法。借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性。研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度。构建了筒段壁面应变场分布式光纤监测与重构系统,借助环向粘贴的高密度弱反射光纤光栅传感器获取壁面离散点的应变信息,结合粒子群—克里金法实现圆筒壁面应变场监测和载荷位置识别(平均定位误差为1cm)。研究结果表明,本文所提方法能够为飞行器筒段结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。     

单端固支铝合金结构应变监测与反演方法

针对直升机主承力结构,如桨叶关 键区域应力应变场监测需求，研究相应分布式在线监测技术及其应变场反演方法，从而为直升机结构健康状态评估与结构变形实时辨识提供依据。借助Patran/Nastran仿真软件分别对单端固支铝合金梁与板结构进行有限元仿真，给出基于光纤光栅传感器与电阻应变式传感器的基本配置规则，提出了基于三次B样条函数插值算法的单端固支铝合金结构应变场反 演方法。在此基础上，构建了基于光纤布拉格光栅和电阻应变片的分布式应变在线监测系统。研究表明，本文监测方法合理、可行。     

复合材料加筋板筋条撞击分布式光纤监测方法

航空航天器在服役过程中,容易受到外界物体撞击破坏,实现复合材料加筋结构撞击监测对于评估航空航天器结构健康状态具有重要意义。为此,提出了一种基于分布式光纤传感器的复合材料加筋筋条撞击位置辨识方法。研究了复合材料加筋板板面撞击与筋条撞击两种情况下,板面和筋条上光纤Bragg光栅传感器撞击响应特性。选取筋条撞击光纤响应信号总能量作为特征量,构建了总能量与筋条撞击位置之间函数模型。根据此函数模型,实现加筋板面筋条撞击事件与撞击载荷位置的辨识,平均定位误差为0.3465cm。研究表明,所提方法具有实时性好、易于集成、无需大量样本、定位精度较高以及适合低采样率光纤光栅解调模式等优点。     

基于双树复小波变换的风力叶片监测研究（英文）

对风力发电系统而言,结构服役期间的健康监测非常重要。由于布拉格光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的中心波长随应变或温度呈线性变化,因此FBG传感器广泛应用于结构测试。本文提出了基于FBG传感器的风力叶片监测方法,并通过实验验证该方法。沿着叶片长度方向粘贴5个FBG传感器进行应变测量。由于环境及测试噪声会掩盖结构真实信号,文中采用双树复小波变换(Dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)方法,进行数据处理,滤去噪声信号。实验验证结果表明,当其中一根叶片出现损坏时,测量应变出现明显波动,给定工作条件下,旋转周期为1 s,而结构完好时的周期为0.3 s。因此,利用布拉格光纤光栅传感系统进行应变测量,可以预测风力叶片系统的损坏。进一步研究表明,可以通过监测其中一根叶片,从而对整个风力发电系统进行故障预测。     

基于光纤光栅传感技术的机翼形变测量方法研究与分析

飞机机翼是飞机的重要部件之一,根据其结构受力特点,将翼梁简化为悬臂梁结构,利用光纤光栅传感器搭建测试系统,从静态测试与动态测试两个方面进行实时监测其结构形状变化,并将测试结果分别与全站仪测试、高清摄像机测试结果进行比对,两次试验证明,光栅传感器测量结构形变相应速度快,正确率较高,利用光纤光栅传感器测量机翼形变方法可行。     

基于光纤光栅的风机叶片应变与振动监测技术

为满足某型塔架式风电机组叶片的监测需求，提出了一种基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）传感网络的结构监测方法。建立叶片三维模型并进行有限元仿真，获得其工作状态下的应变分布。设计FBG封装及布局方案，实时监测各传感点应变数值及变化规律。通过快速傅里叶变换分析其振动特性，探究温度、风速等环境因素对该监测系统可靠性的影响。结果表明，基于FBG的应变-振动测试方法能有效监测叶片对风压的载荷响应及振动频率，误差范围在0.04 Hz以内，满足实际工程需求。     

基于准分布式光纤光栅传感器的机翼盒段载荷监测

以某型飞机机翼盒段为研究对象,建立了盒段试件的有限元模型,分析外载荷和应变分布之间关系.采用波分复用形式构建了分布式光纤Bragg光栅传感网络测量盒段试件的应变,设计了网络中先纤传感嚣的排布方式,在此基础上研究了传感网络的温度补偿方法.运用波长监测方法对盒段结构承受的不同载荷进行了实验研究.结果表明,传感器的波长偏移与栽荷成线性关系,斜率由于加栽点位置的变化而不同.传感器的最大载荷监测灵敏度迭3.09 pm/N.     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

轴对称矢量喷管作动系统矢量偏转受载特性研究

针对轴对称矢量喷管实际工作时A9作动筒负载未知问题,提出了结合轴对称矢量喷管空间运动学模型和矢量偏转CFD模型的耦合建模方法。首先根据CFD计算求解喷管扩张调节片受载情况,然后由运动学模型确定偏转过程各调节机构空间位姿,最后结合受力分析、力矩分析建立矢量喷管A9作动系统受载分析力学模型,解得A9作动筒受载情况。仿真结果表明:随着发动机工作状态的增加,完成相同的矢量偏转角度,A9作动筒输出力不断增大;A9作动筒输出力随矢量偏转角增大而增大,随矢量方位角变化呈现正弦周期性变化。该方法可为矢量喷管作动系统地面加载试验提供载荷谱,具有重要的工程应用价值。     

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统.级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号.该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响.为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进.改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号.分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115℃.原系统的灵敏度为0.49 mV/℃,温度分辨率为0.5℃;改进系统的灵敏度为0.86 mV/℃,温度分辨率为0.3℃.实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度.     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

Loading Localization by Small-Diameter Optical Fiber Sensors

Structural health monitoring(SHM)in service has attracted increasing attention for years.Load localization on a structure is studied hereby.Two algorithms,i.e.,support vector machine(SVM)method and back propagation neural network(BPNN)algorithm,are proposed to identify the loading positions individually.The feasibility of the suggested methods is evaluated through an experimental program on a carbon fiber reinforced plastic laminate.The experimental tests involve in application of four optical fiber-based sensors for strain measurement at discrete points.The sensors are specially designed fiber Bragg grating(FBG)in small diameter.The small-diameter FBG sensors are arrayed in 2-D on the laminate surface.The testing results indicate that the loading position could be detected by the proposed method.Using SVM method,the 2-D FBG sensors can approximate the loading location with maximum error less than 14 mm.However,the maximum localization error could be limited to about 1 mm by applying the BPNN algorithm.It is mainly because the convergence conditions(mean square error)can be set in advance,while SVM cannot.     

2.4m风洞大迎角机构结构设计与有限元分析

研制具有良好力学特性的大迎角机构,是解决先进、高机动飞行器武器大迎角气动力问题的关键技术之一.阐述了2.4m风洞大迎角机构结构形式,同时应用MSC/NASTRAN有限元软件,对其强度、刚度和动态特性进行了有限元分析,获得了大迎角机构在最大气动力载荷作用下的结构应力和变形,以及自由振动时的模态频率和模态振型.计算结果表明:大迎角机构本身结构强度、刚度富余;固有频率远离气流脉动频率,表明其具有较好的动态特性;该机构结构形式合理可靠.     

基于新型光纤智能结构的远程监控物联网系统设计

针对现有光纤智能结构自诊断、自修复系统存在的问题,提出并设计了一种基于ARM和GPRS的液芯光纤智能结构的远程监控物联网系统,系统主要包括光源、液芯光纤智能结构、光电检测模块、A/D转换模块、ARM微控制器、GPRS无线通信模块、Internet和监控中心服务器。其中液芯光纤智能结构是由特制的液芯光纤埋入复合材料中构成,采用GPRS无线通信技术,结合以S3C2440为核心处理器的ARM嵌入式技术,同时在监控中心采用自主设计的监控可视化软件直接输出结果,具有直观可靠、控制简单等优点。本文还对液芯光纤智能复合材料结构进行承载实验研究,并采用BP神经网络理论对实验数据进行分析和载荷位置判定,研究结果表明该监控系统性能稳定且效果明显,对复合材料结构载荷位置能够作出准确判断,初步实现了复合材料结构的自诊断。     

动载荷作用下结构刚度可靠性探讨

本文从动载荷特性和结构动力破坏特性出发,讨论了动载荷作用下的结构可靠性问题,提出了一些处理方法,可供进一步研究参考。文中提出的某些意见有异于传统的观点,认为动载荷问题严重,但结构的承受动载荷能力在许多情况下比承受相应的静载荷能力强。     

中性稳定技术在综合火力/飞行控制系统中的应用

火力／飞行综合控制(Integrated fire／flight control，IFFC)系统要求对飞机飞行姿态的控制应具有精确性和快速性，但提高姿态跟踪精度受到自然飞机惯性动力学的限制。本文提出飞机中性稳定技术应用于综合火力／飞行控制系统，给出了中性稳定飞机结构图和动力学模型。利用后缘襟副翼偏转所产生的直接力效果，在一定的控制律制约下，去抵消迎角扰动所产生的气动效果，使飞机不再出现静稳定力矩，达到中性稳定。采用中性稳定技术的综合火力／飞行控制系统有效地加速了飞机在攻击区的姿态跟踪过程，并实现了姿态控制过程中航迹基本不变的机身瞄准模态控制要求，提高了火控精度和命中概率。仿真结果表明，中性稳定综合火力／飞行控制系统具有良好的控制效果和应用前景。     

无人驾驶直升机设计的主要载荷研究

论述无人驾驶直升机设计的主要载荷研究问题。（１）设计规范研究：主要讨论国内外无人直升机尚无设计规范的情况下，载荷问题的处理与应用；（２）静强度载荷研究：通过机体结构强度计算及全机静力试验，论及静载荷下全机的强度与刚度品质；（３）全机振动特性与响应研究：通过机体动力特性计算，动力特性试验及振动水平测试论及全机振动与响应特性；（４）着陆载荷研究：通过撬式起落架功量计算分析，落震试验论及全机着陆载荷特性