[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

说明书

技术领域：

本发明提供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，具体涉及利用光纤光栅所测量得到的实测应变获得机翼压心位置的等效拉力，实现机翼压心载荷的实时监测，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所测量得到的实测应变对飞机机翼所受的压心载荷进行实时监测，属于测试测量技术领域。

背景技术：

飞机机翼是飞机的重要结构部件之一，是保障飞机安全飞行的关键因素。在飞机的全寿命周期内，飞机机翼会经历特定的载荷历程，此载荷历程是决定飞机机翼使用寿命的关键因素，而飞机机翼的压心位置处的等效载荷则是机翼载荷历程的重要组成部分。因此，对飞机机翼所受的压心载荷进行实时监测，获得单架飞机机翼的压心载荷历程，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机翼的优化设计。目前，我国还没有实现对服役飞机的机翼所受压心位置等效载荷的长期、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压心载荷的长期、实时在线的监测。

发明内容：

一、目的

利用光纤光栅传感器灵敏度高、体积小、多点测量、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等特点，获得机翼的实测应变数据。并且，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等其他信息的情况下，得到机翼的压心位置等效载荷。这种方法简单易行，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压心载荷进行长期、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实测应变的机翼压心载荷实时监测方法，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，沿机翼刚轴方向或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或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，都可以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，可以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等其他信息的情况下，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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，则可以将机翼看成是受末端一点集中力的悬臂梁结构；