[發明專利]一種飛行器復合材料結構健康監控系統

在審

• 申請號: 202110397666.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113514545A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張猛;許光群;皮志超;杜永華;楊彥;倪沛;楊強強;周慧慧;李濛
• 申請（專利權）人: 蕪湖創聯新材料科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 安徽華普專利代理事務所(普通合伙) 34151
• 代理人: 謝建華

本發明公開了一種飛行器復合材料結構健康監控系統，包括步驟1：在補片中制造兩個智能層、步驟2：固化處理、步驟3：激發lamb波和接收、步驟4：損傷指數的計算。本系統針對飛機金屬蒙皮產生裂紋采用復合材料補片修復后，對裂紋擴展情況沒有辦法進行監控這一問題，設計了一套裂紋監控系統，該系統操作簡單，監控靈敏，成本低，不影響裂紋修復質量，能夠有效監控裂紋擴展和補片脫粘情況，顯著提升飛機運行的安全性。

技術領域

本發明涉及了一種監控系統，尤其是一種飛行器復合材料結構健康監控系統。

背景技術

復合材料相對于金屬材料具有優越的強度性能，在飛機主體結構中應用越來越多，然而，纖維增強復合材料結構也更加復雜，復合材料由不同材料（纖維和樹脂）組合而成，導致其具有明顯的各向異性和不同損傷擴展類型，其缺陷檢測、剩余強度和壽命的確定始終是一項挑戰。

作為機體機構，復合材料在使用過程中最常見的是沖擊損傷，即使是外表幾乎看不見的低速沖擊損傷（低穿透力）也會造成力學性能顯著降低，低速沖擊會導致機體開裂、層間分層和纖維斷裂，造成結構強度和疲勞壽命的顯著下降。

飛機金屬蒙皮產生裂紋采用復合材料補片修復后，對裂紋擴展情況沒有辦法進行監控，這大大降低了飛機安全性能，使得飛機在飛行的過程中，存在安全隱患。

發明內容

1.本發明要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種飛行器復合材料結構健康監控系統，以解決上述背景技術中提出的問題:飛機金屬蒙皮產生裂紋采用復合材料補片修復后，對裂紋擴展情況沒有辦法進行監控，這大大降低了飛機安全性能，使得飛機在飛行的過程中，存在安全隱患。

2.技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種飛行器復合材料結構健康監控系統，步驟1：在補片中制造兩個智能層、步驟2：固化處理、步驟3：激發lamb波和接收、步驟4：損傷指數的計算。

優選的，通過在硼纖維復合材料中嵌入PZT壓電換能器制造兩個智能層，并將其插入到補片的不同位置，其中一個智能層插入到第10層，靠近結合面，以便于激發對稱模式（S模式），用來監測裂紋拓展情況，另一個智能層插入到第3層，靠近頂層位置，以便于激發非對稱模式（A模式），用來監測蒙皮與補片脫粘情況。

優選的，補片中的智能層建立后，將補片鋪疊在缺口處，然后將真空袋與鋁板進行共固化，固化溫度250F，固化時間90min。

優選的，通過超聲檢測儀發射電脈沖激勵PZT產生Lamb波作為檢測信號，采用PZT（鋯鈦酸鉛壓電換能器）作為Lamb波的發射和接收傳感器,通過超聲檢測儀中內置的波形發生器，將缺陷反射回波顯示出來。

優選的,Lamb波作為超聲波的一種分為非對稱模式（A模式）和對稱模式（S模式），下層智能層主要用來監測裂紋擴展情況，故Lamb波發射方向與裂紋擴展方向垂直，以獲得較高的靈敏度，上層智能層用來監測脫粘情況，為防止裂紋對監測結果產生影響，選擇Lamb波發射方向與裂紋平行的方向。

優選的，補片下方的裂紋擴展和結合面脫粘損傷情況采用損傷指數進行表征，損傷指數定義為Lamb波遇到缺陷后產生的反射波能量與初始Lamb波能量的比值。

3.有益效果

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本系統針對飛機金屬蒙皮產生裂紋采用復合材料補片修復后，對裂紋擴展情況沒有辦法進行監控這一問題，設計了一套裂紋監控系統，該系統操作簡單，監控靈敏，成本低，不影響裂紋修復質量，能夠有效監控裂紋擴展和補片脫粘情況，顯著提升飛機運行的安全性。

附圖說明

圖1為本發明的流程示意圖；

圖2為本發明的粘接補片示意圖；

圖3為本發明智能鋪層診斷路徑示意圖。

具體實施方式