[發明專利]一種基于光纖光柵實測應變的機翼壓心載荷實時監測方法

在審

• 申請號: 201710618171.4
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107401986A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 張衛方;梁小貝;魏巍;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: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01L5/16
• 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

技術領域：

本發明提供一種基于光纖光柵實測應變的機翼壓心載荷實時監測方法，具體涉及利用光纖光柵所測量得到的實測應變獲得機翼壓心位置的等效拉力，實現機翼壓心載荷的實時監測，適用于在服役飛機與在飛機全機疲勞試驗中的飛機上利用光纖光柵所測量得到的實測應變對飛機機翼所受的壓心載荷進行實時監測，屬于測試測量技術領域。

背景技術：

飛機機翼是飛機的重要結構部件之一，是保障飛機安全飛行的關鍵因素。在飛機的全壽命周期內，飛機機翼會經歷特定的載荷歷程，此載荷歷程是決定飛機機翼使用壽命的關鍵因素，而飛機機翼的壓心位置處的等效載荷則是機翼載荷歷程的重要組成部分。因此，對飛機機翼所受的壓心載荷進行實時監測，獲得單架飛機機翼的壓心載荷歷程，是建立飛機的實際受載日志的關鍵，有利于實現飛機的健康管理，同時可進一步的指導飛機機翼的優化設計。目前，我國還沒有實現對服役飛機的機翼所受壓心位置等效載荷的長期、實時在線監測，現有的進行機翼載荷研究的方法，是基于應變片的監測方法，這種方法只能實現個別飛機的短期監測，并且測量設備復雜，標定過程繁瑣，可靠性低，不能對每一架服役飛機都進行標定，不能實現對飛機長期、實時在線的監測。而光纖光柵傳感器具有靈敏度高、體積小、多點測量、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強等特點，利用光纖光柵可實現對飛機機翼壓心載荷的長期、實時在線的監測。

發明內容：

一、目的

利用光纖光柵傳感器靈敏度高、體積小、多點測量、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強等特點，獲得機翼的實測應變數據。并且，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等其他信息的情況下，得到機翼的壓心位置等效載荷。這種方法簡單易行，可以實現對服役飛機以及在飛機全機疲勞試驗中的飛機的機翼所受的壓心載荷進行長期、實時在線的監測，建立每一架飛機的獨立的受載日志，為其壽命預測提供準確的輸入，實現對飛機的健康管理，一方面為飛機維修周期的確定提供參考依據，保障飛機安全，另一方面可進一步指導飛機的優化設計。

二、技術方案

本發明一種基于光纖光柵實測應變的機翼壓心載荷實時監測方法，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，沿機翼剛軸方向或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或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：分析機翼壓心載荷；

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，都可以等效為在機翼壓心上的載荷P；將機翼簡化為沿光纖光柵傳感器布貼方向的懸臂梁，則沿此方向的機翼彎矩是一條帶有斜率的直線，而機翼的壓心處的等效載荷P是機翼彎矩這條斜直線的斜率；

步驟四：計算機翼壓心載荷；

在沿光纖光柵傳感器布貼方向，機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，可以計算出機翼彎矩這條斜直線的斜率，此斜率就是機翼的壓心位置處的等效載荷；

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，計算得到機翼的壓心載荷，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等其他信息的情況下，就能夠獲得機翼壓心載荷的效果，解決了僅僅依靠光纖光柵實測的應變數據而對機翼的壓心載荷進行實時監測的實際問題。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，在步驟三中所述的“分析機翼壓心載荷”，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載荷P，則可以將機翼看成是受末端一點集中力的懸臂梁結構；