[发明专利]一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法

说明书

本发明提供一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，步骤如下：一：在飞机机翼上布贴光纤光栅传感器；二：将光纤光栅传感器中心波长信号转变为测点应变值；三：机翼表面沿刚轴方向的应变求解；四：单元抗弯刚度标定；五：利用测点应变值计算弯矩；通过以上步骤，本发明在飞机机翼上布贴n组光纤光栅传感器，通过在机翼刚轴的末端位置，施加一个已知的集中力，并利用机翼表面的平面应力状态，建立应变与弯矩的关系，达到了将光纤光栅传感器测量的应变转化为弯矩的效果，解决了机翼弯矩实时监测的问题。

技术领域：

本发明提供一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，具体涉及利用光纤光栅实时监测飞机机翼所受的弯矩，适用于在服役飞机与在飞机全机疲劳试验中的飞机上利用光纤光栅对飞机机翼的所受的弯矩进行实时监测，属于测试测量技术领域。

背景技术：

飞机是一类价值和维修成本都很高的结构，其安全服役对于国防以及民用均具有重要意义。飞机在全寿命周期内，都会经历特定的载荷历程，飞机的载荷历程是决定其使用寿命的关键因素。机翼是保障飞机安全飞行的关键，其所受弯矩是最主要的载荷分量之一，因此，对飞机机翼所受的弯矩进行实时监测，获得单架飞机机翼的实时弯矩状况，是建立飞机的实际受载日志的关键，有利于实现飞机的健康管理，同时可进一步的指导飞机的优化设计。目前，我国还没有实现对服役飞机的机翼所受弯矩的长期、实时在线监测，现有的进行机翼载荷研究的方法，是基于应变片的监测方法，这种方法只能实现个别飞机的短期监测，并且测量设备复杂，标定过程繁琐，可靠性低，不能对每一架服役飞机都进行标定，不能实现对飞机长期、实时在线的监测。而光纤光栅传感器具有灵敏度高、体积小、多点测量、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等特点，利用光纤光栅可实现对飞机机翼所受弯矩长期、实时在线的监测。

发明内容：

一、目的

飞机在全寿命周期内，都会经历特定的载荷历程。由于个体的差异，实际载荷历程与设计载荷历程通常并不完全相同，因此需要对飞机实际的载荷历程进行监测。飞机服役期间会受到多种载荷的作用，其中机翼所受弯矩是主要的载荷分量之一，因此对机翼弯矩载荷历程的监测具有重要意义。基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，可以实现对服役飞机以及在飞机全机疲劳试验中的飞机的机翼所受的弯矩长期、实时在线的监测，建立每一架飞机的独立的受载日志，为其寿命预测提供准确的输入，实现对飞机的健康管理，一方面为飞机维修周期的确定提供参考依据，保障飞机安全，另一方面可进一步指导飞机的优化设计。

二、技术方案

本发明一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，具体步骤如下：

步骤一：在飞机机翼上布贴光纤光栅传感器

在机翼表面，沿机翼刚轴布贴光纤光栅传感器n组，将机翼刚轴分为n+2个单元；每组光纤光栅传感器都是由三个波长各异的光纤光栅组成的直角应变花；

步骤二：利用光纤光栅传感器解调设备采集并记录光纤光栅信号，并将光纤光栅传感器中心波长信号转变为测点应变值，此信号为光纤光栅传感器中心波长λ，将λ转换为测点的应变值ε；

步骤三：机翼表面沿刚轴方向的应变求解

由于光纤光栅传感器布贴在机翼蒙皮表面，可以假设传感器测量值既处于平面应力状态也处于平面应变状态，利用平面应变方程与胡克定律，求得沿刚轴方向的应变

步骤四：单元抗弯刚度标定

在机翼刚轴的末端位置，施加一个已知的集中力F，可获得各个光纤光栅传感器测点的弯矩M，从而计算出标定的单元抗弯刚度EI；

步骤五：利用测点应变值计算弯矩

在已知的抗弯刚度下，利用测量得到的测点应变值ε，可以计算得到测点的弯矩。