[發(fā)明專利]一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710618171.4
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN107401986A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)方;梁小貝;魏巍;劉曉鵬;任飛飛;李英武;金博;張萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16;G01L5/16
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一：在機(jī)翼上布貼光纖光柵傳感器；

在機(jī)翼表面，沿機(jī)翼剛軸方向及沿機(jī)翼上垂直于機(jī)身的方向，布貼n個(gè)點(diǎn)的光纖光柵傳感器測(cè)點(diǎn)；

步驟二：獲得光纖光柵傳感器實(shí)測(cè)的應(yīng)變；

當(dāng)飛機(jī)在實(shí)際飛行中及在飛機(jī)的全機(jī)疲勞試驗(yàn)中，利用光纖光柵傳感器解調(diào)設(shè)備采集和記錄光纖光柵信號(hào)，會(huì)獲得光纖光柵傳感器的峰值波長(zhǎng)信號(hào)λ，將此峰值波長(zhǎng)信號(hào)λ轉(zhuǎn)換為測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值ε，也就是光纖光柵傳感器實(shí)測(cè)的應(yīng)變；

步驟三：分析機(jī)翼壓心載荷；

飛機(jī)在飛行中受到的實(shí)際載荷和飛機(jī)在全機(jī)疲勞試驗(yàn)中受到的多點(diǎn)加載的載荷，都等效為在機(jī)翼壓心上的載荷P；將機(jī)翼簡(jiǎn)化為沿光纖光柵傳感器布貼方向的懸臂梁，則沿此方向的機(jī)翼彎矩是一條帶有斜率的直線，而機(jī)翼的壓心處的等效載荷P是機(jī)翼彎矩這條斜直線的斜率；

步驟四：計(jì)算機(jī)翼壓心載荷；

在沿光纖光柵傳感器布貼方向，機(jī)翼的彎矩是一條帶有斜率的直線的情況下，不同截面的彎矩具有一預(yù)定的比例關(guān)系，同時(shí)，測(cè)量得到的實(shí)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)分別乘以各自的系數(shù)后具有相同的比例關(guān)系，并且，此比例關(guān)系與測(cè)點(diǎn)位置有關(guān)；利用以上所說的比例關(guān)系，能計(jì)算出機(jī)翼彎矩這條斜直線的斜率，此斜率就是機(jī)翼的壓心位置處的等效載荷；

通過以上步驟，利用布貼在機(jī)翼上的光纖光柵實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算得到機(jī)翼的壓心載荷，達(dá)到了只利用光纖光柵實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，在沒有機(jī)翼載荷和機(jī)翼結(jié)構(gòu)及其他信息的情況下，就能夠獲得機(jī)翼壓心載荷的效果，解決了僅僅依靠光纖光柵實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)而對(duì)機(jī)翼的壓心載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)際問題。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yīng)變變化對(duì)光纖布拉格波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感器信息的波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：

在步驟二中所述的“光纖光柵傳感器解調(diào)設(shè)備”，是指一種對(duì)光纖光柵傳感器中心反射波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行解算的設(shè)備。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：

在步驟二中所述的“將此峰值波長(zhǎng)信號(hào)λ轉(zhuǎn)換為測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值ε”，其具體作法如下：設(shè)光纖光柵傳感器的初始中心波長(zhǎng)為λ₀，測(cè)量得到的中心波長(zhǎng)為λ，則有應(yīng)變其中β為光纖的應(yīng)變敏感系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：

在步驟三中所述的“分析機(jī)翼壓心載荷”，其具體作法如下：將機(jī)翼簡(jiǎn)化為固定在機(jī)身上的懸臂結(jié)構(gòu)，將機(jī)翼上所受載荷等效為在機(jī)翼壓心上的載荷P，則將機(jī)翼看成是受末端一點(diǎn)集中力的懸臂梁結(jié)構(gòu)；

所以，機(jī)翼的壓心上的載荷P等于機(jī)翼簡(jiǎn)化懸臂梁結(jié)構(gòu)所受的剪力，等于機(jī)翼簡(jiǎn)化懸臂梁結(jié)構(gòu)所受的呈斜直線狀態(tài)的彎矩的斜率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵實(shí)測(cè)應(yīng)變的機(jī)翼壓心載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：

在步驟四中所述的“計(jì)算機(jī)翼壓心載荷”，其具體作法如下：

根據(jù)機(jī)翼的彎矩是一條帶有斜率的直線，和彎矩與測(cè)量的應(yīng)變有如下的關(guān)系：

M_i＝K_iε_i

建立不同截面間的彎矩的比例關(guān)系如下：

M₁:M₂:M₃:……:M_n

＝K₁ε₁：K₂ε₂：K₃ε₃：……：K_nε_n

＝(x+a₁):(x+a₂):(x+a₃):……:x

其中，x是壓心到第n個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)的距離，a₁、a₂、a₃分別是第1個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)到第n個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)的距離、第2個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)到第n個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)的距離、第3個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)到第n個(gè)光纖光柵測(cè)點(diǎn)的距離，并依次類推；

利用測(cè)量得到的應(yīng)變值，解上面的比例方程，就得到n個(gè)K系數(shù)的值，從而利用測(cè)量得到的應(yīng)變就能計(jì)算出不同界面的彎矩，而彎矩斜直線的斜率，就是要得到的壓心位置的載荷P。