[发明专利]一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：在机翼上布贴光纤光栅传感器；

在机翼表面，沿机翼刚轴方向及沿机翼上垂直于机身的方向，布贴n个点的光纤光栅传感器测点；

步骤二：获得光纤光栅传感器实测的应变；

当飞机在实际飞行中及在飞机的全机疲劳试验中，利用光纤光栅传感器解调设备采集和记录光纤光栅信号，会获得光纤光栅传感器的峰值波长信号λ，将此峰值波长信号λ转换为测点的应变值ε，也就是光纤光栅传感器实测的应变；

步骤三：分析机翼压心载荷；

飞机在飞行中受到的实际载荷和飞机在全机疲劳试验中受到的多点加载的载荷，都等效为在机翼压心上的载荷P；将机翼简化为沿光纤光栅传感器布贴方向的悬臂梁，则沿此方向的机翼弯矩是一条带有斜率的直线，而机翼的压心处的等效载荷P是机翼弯矩这条斜直线的斜率；

步骤四：计算机翼压心载荷；

在沿光纤光栅传感器布贴方向，机翼的弯矩是一条带有斜率的直线的情况下，不同截面的弯矩具有一预定的比例关系，同时，测量得到的实测应变数据分别乘以各自的系数后具有相同的比例关系，并且，此比例关系与测点位置有关；利用以上所说的比例关系，能计算出机翼弯矩这条斜直线的斜率，此斜率就是机翼的压心位置处的等效载荷；

通过以上步骤，利用布贴在机翼上的光纤光栅实测的应变数据，计算得到机翼的压心载荷，达到了只利用光纤光栅实测的应变数据，在没有机翼载荷和机翼结构及其他信息的情况下，就能够获得机翼压心载荷的效果，解决了仅仅依靠光纤光栅实测的应变数据而对机翼的压心载荷进行实时监测的实际问题。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：

在步骤一中所述的“光纤光栅传感器”，是指一种通过外界应变变化对光纤布拉格波长的调制来获取传感器信息的波长调制型光纤传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：

在步骤二中所述的“光纤光栅传感器解调设备”，是指一种对光纤光栅传感器中心反射波长信号进行解算的设备。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：

在步骤二中所述的“将此峰值波长信号λ转换为测点的应变值ε”，其具体作法如下：设光纤光栅传感器的初始中心波长为λ₀，测量得到的中心波长为λ，则有应变其中β为光纤的应变敏感系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：

在步骤三中所述的“分析机翼压心载荷”，其具体作法如下：将机翼简化为固定在机身上的悬臂结构，将机翼上所受载荷等效为在机翼压心上的载荷P，则将机翼看成是受末端一点集中力的悬臂梁结构；

所以，机翼的压心上的载荷P等于机翼简化悬臂梁结构所受的剪力，等于机翼简化悬臂梁结构所受的呈斜直线状态的弯矩的斜率。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，其特征在于：

在步骤四中所述的“计算机翼压心载荷”，其具体作法如下：

根据机翼的弯矩是一条带有斜率的直线，和弯矩与测量的应变有如下的关系：

M_i＝K_iε_i

建立不同截面间的弯矩的比例关系如下：

M₁:M₂:M₃:……:M_n

＝K₁ε₁：K₂ε₂：K₃ε₃：……：K_nε_n

＝(x+a₁):(x+a₂):(x+a₃):……:x

其中，x是压心到第n个光纤光栅测点的距离，a₁、a₂、a₃分别是第1个光纤光栅测点到第n个光纤光栅测点的距离、第2个光纤光栅测点到第n个光纤光栅测点的距离、第3个光纤光栅测点到第n个光纤光栅测点的距离，并依次类推；

利用测量得到的应变值，解上面的比例方程，就得到n个K系数的值，从而利用测量得到的应变就能计算出不同界面的弯矩，而弯矩斜直线的斜率，就是要得到的压心位置的载荷P。