[发明专利]一种飞行器复合材料结构健康监控系统

说明书

本发明公开了一种飞行器复合材料结构健康监控系统，包括步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。本系统针对飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控这一问题，设计了一套裂纹监控系统，该系统操作简单，监控灵敏，成本低，不影响裂纹修复质量，能够有效监控裂纹扩展和补片脱粘情况，显著提升飞机运行的安全性。

技术领域

本发明涉及了一种监控系统，尤其是一种飞行器复合材料结构健康监控系统。

背景技术

复合材料相对于金属材料具有优越的强度性能，在飞机主体结构中应用越来越多，然而，纤维增强复合材料结构也更加复杂，复合材料由不同材料（纤维和树脂）组合而成，导致其具有明显的各向异性和不同损伤扩展类型，其缺陷检测、剩余强度和寿命的确定始终是一项挑战。

作为机体机构，复合材料在使用过程中最常见的是冲击损伤，即使是外表几乎看不见的低速冲击损伤（低穿透力）也会造成力学性能显著降低，低速冲击会导致机体开裂、层间分层和纤维断裂，造成结构强度和疲劳寿命的显著下降。

飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控，这大大降低了飞机安全性能，使得飞机在飞行的过程中，存在安全隐患。

发明内容

1.本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种飞行器复合材料结构健康监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题:飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控，这大大降低了飞机安全性能，使得飞机在飞行的过程中，存在安全隐患。

2.技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种飞行器复合材料结构健康监控系统，步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。

优选的，通过在硼纤维复合材料中嵌入PZT压电换能器制造两个智能层，并将其插入到补片的不同位置，其中一个智能层插入到第10层，靠近结合面，以便于激发对称模式（S模式），用来监测裂纹拓展情况，另一个智能层插入到第3层，靠近顶层位置，以便于激发非对称模式（A模式），用来监测蒙皮与补片脱粘情况。

优选的，补片中的智能层建立后，将补片铺叠在缺口处，然后将真空袋与铝板进行共固化，固化温度250F，固化时间90min。

优选的，通过超声检测仪发射电脉冲激励PZT产生Lamb波作为检测信号，采用PZT（锆钛酸铅压电换能器）作为Lamb波的发射和接收传感器,通过超声检测仪中内置的波形发生器，将缺陷反射回波显示出来。

优选的,Lamb波作为超声波的一种分为非对称模式（A模式）和对称模式（S模式），下层智能层主要用来监测裂纹扩展情况，故Lamb波发射方向与裂纹扩展方向垂直，以获得较高的灵敏度，上层智能层用来监测脱粘情况，为防止裂纹对监测结果产生影响，选择Lamb波发射方向与裂纹平行的方向。

优选的，补片下方的裂纹扩展和结合面脱粘损伤情况采用损伤指数进行表征，损伤指数定义为Lamb波遇到缺陷后产生的反射波能量与初始Lamb波能量的比值。

3.有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统针对飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控这一问题，设计了一套裂纹监控系统，该系统操作简单，监控灵敏，成本低，不影响裂纹修复质量，能够有效监控裂纹扩展和补片脱粘情况，显著提升飞机运行的安全性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的粘接补片示意图；

图3为本发明智能铺层诊断路径示意图。

具体实施方式