[發明專利]一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法

有效

• 申請號: 201710617488.6
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107462353B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 張衛方;魏巍;梁小貝;劉曉鵬;任飛飛;李英武;金博;張萌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一：在機翼上布貼光纖光柵傳感器；

在機翼表面，沿機翼剛軸方向及沿機翼上垂直于機身的方向，布貼n個點的光纖光柵傳感器測點；

步驟二：獲得光纖光柵傳感器實測的應變；

當飛機在實際飛行中及在飛機的全機疲勞試驗中，利用光纖光柵傳感器解調設備采集和記錄光纖光柵信號，會獲得光纖光柵傳感器的峰值波長信號λ，將此峰值波長信號λ轉換為測點的應變值ε，也就是光纖光柵傳感器實測的應變；

步驟三：分析機翼彎矩狀態；

將機翼簡化為固定在機身上的懸臂結構，飛機在飛行中受到的實際載荷和飛機在全機疲勞試驗中受到的多點加載的載荷，等效為在機翼壓心上的等效壓心載荷P；再將機翼簡化為分別沿機翼剛軸方向和沿機翼上垂直于機身的方向上的懸臂梁，結合機翼壓心與等效壓心載荷P，能得到沿此方向的機翼彎矩是一條帶有斜率的直線；

步驟四：計算機翼彎矩；

在分別沿機翼剛軸方向和沿機翼上垂直于機身的方向上，機翼彎矩是一條帶有斜率的直線的情況下，不同截面的機翼彎矩具有一預定的比例關系，同時，測量得到的實測應變數據分別乘以各自的系數后具有相同的比例關系，并且，此比例關系與測點位置有關；利用以上所說的比例關系，能計算機翼彎矩；

通過以上步驟，利用布貼在機翼上的光纖光柵實測的應變數據，計算得到機翼彎矩，達到了只利用光纖光柵實測的應變數據，在沒有機翼載荷和機翼結構及其他信息的情況下，就能夠獲得機翼彎矩的效果，解決了僅僅依靠光纖光柵實測的應變數據而對機翼彎矩進行實時監測的實際問題。

2.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：

在步驟一中所述的“光纖光柵傳感器”，是指一種通過外界應變變化對光纖布拉格波長的調制來獲取傳感器信息的波長調制型光纖傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：

在步驟二中所述的“光纖光柵傳感器解調設備”，是指一種對光纖光柵傳感器中心反射波長信號進行解算的設備。

4.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：

在步驟二中所述的“將此峰值波長信號λ轉換為測點的應變值ε”，其具體作法如下：

設光纖光柵傳感器的初始中心波長為λ₀，測量得到的中心波長為λ，則有應變其中β為光纖的應變敏感系數。

5.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：

在步驟三中所述的“分析機翼彎矩狀態”，其具體作法如下：

將機翼簡化為固定在機身上的懸臂結構，將機翼上所受載荷等效為在機翼壓心上的等效壓心載荷P，則將機翼看成是受末端一點集中力的懸臂梁結構；所以，機翼彎矩狀態，就能等效的看為是末端受一點集中力的懸臂梁的機翼彎矩狀態，也就是，剪力是機翼壓心拉力的恒定不變的量，機翼彎矩是一條帶有斜率的直線。

6.根據權利要求1所述的一種基于光纖光柵實測應變的機翼彎矩實時監測方法，其特征在于：

在步驟四中所述的“計算機翼彎矩”，其具體作法如下：

根據機翼彎矩是一條帶有斜率的直線，和機翼彎矩與測量的應變有如下的關系

M_i＝K_iε_i

建立不同截面間的機翼彎矩的比例關系如下：

M₁:M₂:M₃:……:M_n

＝K₁ε₁：K₂ε₂：K₃ε₃：……：K_nε_n

＝(x+a₁):(x+a₂):(x+a₃):……:x

其中，x是機翼壓心到第n個光纖光柵測點的距離，a₁、a₂、a₃分別是第1個光纖光柵測點到第n個光纖光柵測點的距離、第2個光纖光柵測點到第n個光纖光柵測點的距離、第3個光纖光柵測點到第n個光纖光柵測點的距離，并依次類推；利用測量得到的應變值，解上面的比例方程，就能得到n個K系數的值，從而達到由測量得到的應變解出機翼彎矩狀態的目的。