可变弯度机翼后缘形态重构光纤监测技术

可变弯度机翼是一种变翼型变体飞行器,在飞行过程中可根据不同的飞行环境自适应调整机翼弯度来提高飞行效率,从而适应复杂多样的任务环境。针对可变弯度机翼后缘形态与偏转角度实时监测需求,研究了一种基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构方法。采用数值仿真方法分析可变弯度机翼后缘的形态变化特征,得到可变弯度机翼后缘偏转位移与偏转角度之间关系。给出光纤布拉格光栅传感器布局形式,构建了基于应变和曲率信息递推位移重构原理的机翼后缘形态和偏转角度监测系统。基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构相对误差约为6.39%,偏转角度辨识相对误差约为7.47%。研究结果表明,所提方法能够为可变弯度机翼后缘形态感知、姿态自适应调整以及气动外形优化提供技术支撑。     

使用光纤光栅和Raman散射实现对智能结构应变和温度的同时测量

提出了一种把光纤光栅和Ｒａｍａｎ散射相结合来实现对智能结构的应变和温度分布进行同时测量的方案,用测量只与温度有关的Ｒａｍａｎ散射得出的温度来解耦光纤光栅的反射中心波长对应变和温度的双重依赖关系,并着重分析了Ｒａｍａｎ散射与光纤光栅联合使用用时在空间分辨率上的匹配问题。     

OpenGL在FBG传感网络结构健康监测中的应用

对飞机机翼三维重建方法及其应用进行了研究,并采用开放性图形库OpenGL(Open Graphics Librar-y)三维图形软件接口标准,在Visual C 6.0平台下开发了基于光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)动态应变采集与机翼模型三维重建系统.本文通过共享数据库的方式,在机翼模型与FBG传感网络数据直接建立连接,FBG传感器数据变化可实时在三维机翼模型中进行体现,由此实现了直观地对飞机机翼各监测点应变情况的实时监测.     

基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150 ℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。     

小标距光纤光栅监测孔边应变场技术研究

主要研究了小标距光纤布拉格光栅（FBG）在应力集中部位的应变场监测。通过对光纤光栅反射光谱的分析来获得应力集中部位的应变值,实现了对光纤光栅粘贴区域中应力集中最严重点的应变及应力集中系数的测量,试验结果与理论结果一致性较好,为应用小标距FBG监测结构应力集中部位应变场及塑性应变奠定技术基础。     

封装材料对光纤光栅应变传感器的影响

本文设计并制作了两种分别用钛合金和柔性高分子材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性测试.试验结果表明,柔性高分子材料封装传感器的线性度及重复性优于钛合金封装的传感器,但其应变灵敏系数小于钛合金封装传感器的应变灵敏系数.     

表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析

光纤光栅传感器粘贴于航空结构的基体表面后,基体结构的真实应变与光纤光栅传感器测得的应变之间存在一个传递系数。本文根据应用环境,建立了＂基体结构—胶粘体—光纤传感器＂的应变传递简化模型,推导了裸光纤光栅传感器测得的应变与结构基体实际应变的比值,即应变传递率,并对影响传递率的各种参数进行分析和模拟,根据实际条件得到了粘贴的最佳参数。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。     

光纤光栅预拉力调节方法与温度补偿分析

为了在光纤光栅的封装阶段产生预期的应变,需要对光纤光栅施加一定的预拉力。通过设计刀口铰链形式的平衡杠杆机构,保证了光纤不发生弯曲,并最大限度的减少了摩擦力带来的不稳定因素。利用调节块的重力并设置不同的作用点,可以对作用于光纤光栅的轴向拉力进行调节,从而改变光栅的间隔周期,得到准确的应变与反射波长值。通过计算得到温度补偿比,在相应位置处点胶固化并进行调节,从而完成光纤光栅的封装。     

变截面悬臂梁结构动载荷辨识方法

在航空航天领域，作用在结构上动载荷的确定对结构健康监测是非常必要和重要的。为此，本文以类似机翼结构的变截面悬臂梁结构为研究对象，提出了一种基于光纤光栅传感器与卡尔曼滤波器的动载荷识别方法。首先，根据变截面梁单元形式，推导出变截面梁的质量矩阵与刚度矩阵，建立动力学运动方程。然后，以光纤光栅传感器测得的应变信息作为观测信号，通过卡尔曼滤波器生成的增益矩阵、新息序列矩阵以及协方差矩阵，得到灵敏度矩阵和估计力的增益矩阵。在此基础上，利用广义回归模型及其最小二乘算法，估算出动载荷大小、判断出动载荷激励位置。借助数值仿真与实验手段，分别验证了该方法对于单点正弦激励、方波激励、锯齿波激励以及多点同时激励等工况下的动载荷识别效果。结果表明，本文所提算法具有较好的动载荷识别效果和噪声抑制能力，能够为未来风洞试验和真实飞行试验环境中诸如大展弦比机翼表面气动压力等载荷实时辨识、气动外形自适应控制以及结构健康监测提供技术支撑。     

压电-光纤综合结构健康监测系统的研究及验证

以某型无人机机翼盒段试验件为对象,进行了压电-光纤综合结构健康监测系统的研究。自主研发了国内首台集成压电多通道扫查系统,可实现多达552个激励 传感通道的损伤自动扫查,并同光纤光栅解调系统组合,自行开发了集成健康监测系统软件,构成了压电-光纤综合结构健康监测系统。基于该系统进行了大型碳纤维复合材料盒段试验件弯扭强度实验过程中的结构健康监测功能验证研究,监测结构尺寸达4000 m×1200 m×0.265 m,监测对象包括结构的应变场分布及抽钉失效。系统监测了全盒段上下壁板共34点的应变场分布情况,应变场监测准确;监测系统不仅对结构抽钉的缺失实现了准确监测,而且可以分辨所实验结构的4种抽钉缺失程度。     

光纤布拉格光栅应变传感特性研究

利用铝合金标准梁和复合材料标准梁的纯弯实验,标定了光纤布拉格光栅（FBG）的应变灵敏度系数,与理论灵敏度系数进行了对比,检验了布拉格光栅中心波长的变化与应变的线性关系及重复性。研究结果表明：布拉格光栅监测金属和复合材料的应变具有良好的重复性和线性关系,可以用于结构关键部位的应变监测。     

新型光纤加速度计系统

这篇论文陈述了一种用于较大型号结构振动的小型光纤加速度计系统。该系统由一个（或多个）感应头以及一个用于驱动传感器和程序感应数据的控制单元构成。此感应结构是建立在一种具有波动光栅现象光纤的新型综合，该测算结果是精密的且可靠的。加速度系统光纤样机能够成功的被开发研究，它包括一个感应头，一个低功率控制单元以及一个具有唯一高性能波动光栅加速度信号器的软件包装。总之，在这篇论文中自由振动和振动带测试被运用于区别认识感应系统的动力特征和展示该系统的高性能。     

自适应机翼的研制

自适应机翼的研制诺斯罗普·格鲁门飞机公司将用智能材料研制自适应机翼，这种机翼可使Ｅ机在跨音速状态进行有效的巡航从而最终降低民机的成本、提高军机的攻击能力。为了验证这种机翼对升力的改善，将制造一个缩比为１／６的Ｆ／Ａ－１８机翼，由嵌有光纤传感器的复合材...     

光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程

碳纤维复合材料固化成型时,温度和内应力对成型质量的影响巨大.鉴于碳纤维复合材料厚度通常为几毫米,传统的热电偶和电阻应变片等温度应变传感器由于体积较大,无法实现嵌入式监测.为了获得成型过程中材料内部实时的温度和应变,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器进行监测.试验中使用两个FBG传感器,一个作为温度传感器,另一个作为应变传感器,内嵌于碳纤维预浸料铺层之中,分别用于监测碳纤维复合材料固化过程中内部的温度和应变等参量.试验结果表明,采用两个光纤光栅传感器分别用来监测碳纤维复合材料固化过程中内部温度和应变的变化是可行的.     

RTM工艺成型复合材料树脂固化过程残余应变监测研究

提出了RTM工艺树脂固化过程残余应变布拉格光栅传感器检测新方法。通过光纤光栅波长偏移与温度和固化时间之间的关系测试,得到了树脂固化过程中残余应变的变化历程,成功实现了RTM工艺树脂固化过程中残余应变的在线监测。实验结果表明,在降温过程中,残余应变的变化与温度的变化呈线性关系,这为复合材料层合板的残余应力分析提供了实验依据。     

基于逆向有限元法的变形机翼鱼骨的变形重构

变形监测技术能够为自适应变形机翼的变形控制系统提供参考信息，是保证结构安全性以及优化结构的运行性能的重要手段。传统的基于光学成像的变形测量方法已经不能满足自适应智能结构的实时变形监测的要求。由于变形机翼表面受气动载荷影响，不便于直接在变形机翼蒙皮表面布置应变传感系统，目前还没有针对鱼骨结构这种真实复杂机翼结构的变形重构研究，大多针对机翼翼型的变形重构研究是将整个机翼简化成简单的翼形板、梁结构。针对上述问题，本文首次以真实复杂变形机翼主承力结构——鱼骨为研究对象，提出了一种基于逆向有限元（iFEM）算法与位移分段叠加思想结合的变形监测方法，根据Mindlin板变形理论建立四节点逆向壳单元，采用应变传感系统测得鱼骨结构表面应变分布作为算法输入，然后基于最小二乘变分方程求解结构应变场和位移场之间的传递函数，重构鱼骨结构的变形形状，为反演机翼翼型的变形形状提供方法。针对真实自适应变形机翼的主要承力构件开展了变形实验，实验结果表明，机翼鱼骨在分别偏转5°、10°、15°的情况下，逆向有限元法能准确重构鱼骨变形形状，验证了基于逆向有限元法的变形重构方法在真实自适应变形机翼结构变形重构研究中的有效性和准确性。     

加载条件下光纤光栅传感器温度影响特性

<正>光纤光栅传感器芯径细、质量轻、柔韧性好,同时又具有耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等独特优点。因此,在土木建筑、石油化工、航空航天等领域得到了广泛的发展和应用。尤其是在航空航天的应用领域当中,由于航空结构经常工作在条件极为复杂的环境当中,如高温高压、振动冲击以及电磁干扰等,需要新型传感器来克服应用中的弱点。而光纤光栅传感器由于其具有众多优秀特点得到了研究者的青睐。光纤光栅传感器中心波长易受应变和温     

布拉格光栅植入角度对在复合材料中传感检测特性影响

植入到复合材料内部的布拉格光栅可用于监测复合材料内部应力应变及温度变化,但是现有研究里对于光栅植入过程中对光栅传感检测特性造成的影响却未见报道。在植入过程中,植入光栅与碳纤维存在的夹角将会产生内应力,这会对光栅传感检测效果产生影响。为了研究其影响规律,通过将光栅植入到准各向同性复合材料的不同层中,研究光纤与相邻预浸带中碳纤维之间的夹角对温度与应力检测特性影响。研究结果表明:光栅植入角度会对其温度和应变传感检测特性造成较大影响,当光栅与相邻预浸带碳纤维存在夹角时,光栅拉伸应变测量值与应变片测量值出现偏差,发生啁啾现象;同时光栅与相邻预浸带碳纤维的夹角越大,光栅温度检测曲线线性拟合度越差。     

光纤布拉格光栅的应变／温度传感、封装、标定及补偿技术研究

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的应变／温度传感特性、封装和补偿综合技术及FBG应变／温度灵敏度的标定方法及标定结果并推荐了工程实用的封装方法及相应的灵敏度系数;研究了FBG应变／温度交叉敏感分离技术及空分／波分混合复用技术并研制了适用于地面验证试验的FBG温度传感器,为大型结构应变场的实时监测提供了工程实用技术。