飞机结构健康监测与管理技术研究进展和展望

飞机结构是飞机平台的基础,是确保飞机安全、长寿命使用的最重要的承力架构.随着航空技术的不断发展,飞机设计思想不断演变发展,对飞机机体结构性能也不断提出更高的要求.严酷的使用环境和严格的功能/性能综合要求,使得结构完整性面临重大挑战.飞机结构健康监测与管理技术具有实时性、在线性等优势,是保证结构安全性、降低维护费用的重要...     

一种基于两级判别逻辑的小型化冲击区域监测系统

对复合材料结构的冲击事件进行机载在线监测具有迫切的应用需求。面向机载研制了一种基于两级判别逻辑的小型化冲击区域监测系统。首先,提出了一种基于两级判别逻辑的冲击区域定位算法,能够在大规模可编程逻辑门阵列(FPGA)中实现基于冲击数字序列的冲击事件在线记录,并提高了冲击区域定位的准确性。其次,研制了小型化冲击区域监测系统,采用无源滤波器和比较器,将压电传感器输出的冲击响应信号直接转换为冲击数字序列,采用FPGA替代数字电路并实现冲击监测,简化了常规冲击监测系统的电路,降低了系统的尺寸和功耗。系统具有体积小、重量轻、功耗低以及支持传感器数目多的特点。验证结果表明:该系统能够正确响应每次冲击事件并能准确定位冲击发生的区域。     

飞机结构健康监测技术进展及发展趋势

简要回顾了飞机结构健康监测（SHM）技术的发展背景、特点及可能的应用效益,探讨了飞机SHM系统的要求,讨论了飞机SHM技术进展、国内外研究及应用概况、存在的差距及发展趋势。     

基于碳纳米管薄膜的复合材料在线损伤监测

考虑到纤维增强树脂基复合材料会在服役过程中因受冲击、压缩以及疲劳等因素的作用而发生损伤,基于碳纳米管薄膜优异的力电响应特性开发了一种具有在线损伤监测能力的自感知复合材料。碳纳米管可在薄膜中形成导电网络,复合材料损伤会破坏导电通路,使碳纳米管薄膜的电阻大幅度增加。通过测量自感知复合材料的边界电压并利用电阻层析成像法对碳纳米管薄膜内电导率的分布变化进行求解/成像,实现了复合材料的在线损伤监测。分别对贯穿孔损伤和I型层间断裂损伤模式进行了研究,结果表明所制备的自感知复合材料对这两种损伤模式均可实现损伤定位及图像化显示,对于贯穿孔型损伤模式可实现对面积占比0.038%的损伤进行在线监测,定位精度可达毫米级。     

复合材料飞机结构健康监测系统的若干问题探讨

针对飞机复合材料结构状态监测技术,从结构健康监测系统、结构健康监测研究对象和损伤识别方法,以及复合材料飞机的结构设计和结构健康监测系统三方面之间的关系进行阐述。分析了复合材料飞机结构健康监测系统的发展趋势,并讨论了制约该技术发展的因素。     

飞机结构健康监测技术

飞机结构健康监测技术已经在实验室实验及飞行试验中得到了成功验证,随着技术成熟度的持续提升,在未来数年,该项技术具备极大的装机应用的可能性。飞机结构健康监测技术是一项通过传感器等硬件获取结构或系统数据信息为核心的创新性技术,该项技术能够在飞机的设计、制造、运营和维护等各个过程中发挥重要作用,同时,也是未来智能航空的关键组成部分。此外,随着人工智能、大数据、5G以及物联网概念的推进,航空结构健康监测技术的发展得到了一次飞跃的契机。本文首先全面的分析了飞机结构健康监测技术为航空领域带来的益处,并对其关键技术和应用现状进行了系统性的阐述,最后基于现有理论知识与先前工程经验创新性地提出一套民用飞机健康管理策略。     

温度对压电陶瓷传感器信号传输的影响研究

近年来,飞机结构健康监测技术得到了快速的发展,并在航空航天等领域得到了广泛的应用,特别是在碳纤维复合材料结构的状态监控与损伤诊断方面更是明确了功能材料与智能结构的发展趋势。首先分析了航空领域典型的结构健康监测技术,包括模态法、机电阻抗法、超声法、声发射法、Lamb波法,并对其中的Lamb波法进行深入讨论。而后,开展了基于Lamb波技术的温度对压电陶瓷传感器信号传输影响的实验研究。该研究考虑了实验装置及传感器在高温环境下的特性,特制了用于测试压电陶瓷传感器信号传输特性的高温实验装置,将压电陶瓷传感器通过机械方式安装于实验装置上,开展环境实验。分别对五档不同温度下的实验结果进行分析,研究结果表明:温度对压电陶瓷传感器信号传输具有一定影响,并给出了信号受温度影响的变化规律。     

基于最小不可识别损伤模型的传感器优化布置

提出了一种以不可识别损伤最小为目标的传感器优化布置方法。该方法在某种损伤情况下,建立结构的损伤模型,得到任意传感器潜在位置处的预测效应值,将使不可识别损伤模型数目减少到最小的布设方案做为最优方案。考虑到在求解最小不可识别损伤模型的个数的过程中计算量巨大,针对最小不可识别损伤模型个数的求解,编制了相应的优化算法。算例分析验证了此方法原理明确,操作简单,实用性较强。     

基于二维线阵和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法

复合材料在航空结构中的应用越来越广,但其遭受外界物体冲击后很容易在内部产生表面不可见损伤,所以对复合材料结构的冲击事件进行在线监测十分必要。基于压电传感器（PTZ）和Lamb波的冲击定位方法是目前的研究热点,但是Lamb波信号在复合材料结构中传播的各向异性给冲击定位带来了困难。本文将空间滤波器算法推广到复合材料结构的冲击监测应用中,研究了与波速无关的空间滤波器冲击定位原理,提出了基于二维线性压电传感器阵列和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法。该方法首先采用Shannon连续复数小波变换提取并构建宽带冲击响应信号中的窄带Lamb波解析信号;然后利用波速无关的空间滤波器算法计算出结构冲击相对于各条线性压电传感器阵列的角度;最后使用冲击无波速定位公式计算出结构冲击的位置坐标。在碳纤维层合板上对该方法进行了实验验证。验证结果表明：该方法可以实现对复合材料结构的冲击进行不依赖信号传播速度的定位,定位误差小于1 cm。