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国外军事及航空航天领域为何如此重视光纤光栅?

发表时间:2019-10-24 09:20

  航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等,所需要使用的传感器超过100个,因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。这也是国外军事及航空航天领域为何如此重视光纤光栅的原因。

  1、美国

  美国国家航空和宇宙航行局对光纤光栅传感器的应用非常重视,他们在航天飞机X-33上安装了测量应变和温度的光纤光栅传感网络,对航天飞机进行实时的健康监测。他们还研究了常温和低温条件下复合材料高压容器的多用光纤传感器,其应用对象为可重复使用运载火箭以及麦克唐纳-道格拉斯、波音北美和洛克菲德-马丁3个公司的复合材料燃料箱,并已经确认光纤光栅传感器是一个理想的技术。美国航空航天局(NASA)于2008年开展了一项利用光纤光栅传感网络监测Ikhana无人机在静载和动载时机翼变形实验项目,并成功实现对飞机在线飞行时机翼变形状况监测,向智能传感网络迈向了重要的一步。在此实验中,他们一共使用了2880个FBG传感器,每个机翼布置1440个FBG传感器用来监测机翼的应变分布状况和机翼变形状况。美国海军研究试验室和挪威海军试验室联合进行了一项研究,他们给一艘现役玻璃纤维排雷船安装了100多个光纤光栅传感器,利用适当的解调和处理方法对船体进行静态和动态的测量。美国海军研究试验室还在在一座14比例桥梁模型中埋入了60个光纤光栅的传感系统,对模型进行了破坏测试。

  2、日本

  日本东京大学与日本航空研究所(JAXA)于2012年开展了一项利用光纤光栅传感网络测量大型机翼变形的实验,他们在长6米端部宽1.4米的碳纤维加强板机翼上布置了246个10mm的FBG传感器,6个300mm的长FBG和6个500mm的长FBG,用以检测在加载情况下的机翼整体框架变形,和局部应变集中点的应变变化和变形。

  3、德国

  德国自1996年开始,戴姆勒-奔驰研究中心和戴姆勒-奔驰宇航空中客车以及宇航研究院共同研究光纤光栅自适应机翼。预期找到一种结构动态方案优化飞机的航空动力学性能,他们在结构变化监视中使用了静态分布埋入式光纤光栅应变和温度传感器。

  4、法国

  在法国,几个机构合作,通过在材料中埋入光纤光栅传感器来实现对复合材料结构内部的探测,以期对战斗机雷达屏蔽的完善性进行评估,并正在开发埋入光纤光栅应变计的高压仓。

  5、瑞典

  瑞典的光学研究院与FFA正在进行一项SMART的国家计划,旨在用光纤光栅传感器开发用于监视战斗机复合材料结构的时复用应变和温度测量系统,并同时准备开发基于先进荷载监视和损伤探测技术的实时健康和操作监视系统。

  6、澳大利亚

  澳大利亚皇家空军(RAAF)和加拿大空军(CF)针对其从美国购买的一批F/A-18战机进行了一项国际连续结构测试项目(IFOSTP),IFOSTP包括三个主要的全尺度疲劳试验和单独支持的中机身机翼舱段试验。中机身试验(指定为FT55)和机翼试验(FT245)在加拿大开展,而后机身和尾翼试验(FT46)在澳大利亚开展。其机身和机翼加载变形实验全部采取用光纤光栅传感网络和传统的电阻应变片传感网络对比进行,部分实验已于2005年、2008年前已经完成,部分实验一直进行至到现在。

  光纤光栅传感器只有1根光纤,敏感元件(光栅)制作在纤芯中,从尺寸小和重量轻的优点来讲,几乎没有其他传感器可以与之相比。因此军事及航空航天业对光纤光栅传感技术非常重视,仅波音公司就注册了好几个光纤光栅传感器的技术专利。由此可见,国际上科技发达的国家对光纤光栅传感网络在航空航天方面的应用尤为重视,应用技术也日趋成熟,在利用光纤光栅传感网络监测飞机的机翼及整体变形方面取得了阶段性的成果。


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