基于光纖光柵傳感器的高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)研究.pdf

1、高超聲速飛行器是目前世界上包括美國在內(nèi)的各國爭相發(fā)展的一種擁有巨大應(yīng)用潛力的新型飛行器。目前其發(fā)展處于試驗(yàn)研究階段，美國已研發(fā)了包括 X-51等一系列高超聲速飛行器，其在多次飛行試驗(yàn)中發(fā)生了諸多影響飛行試驗(yàn)成功的問題，由于缺乏獲取關(guān)鍵信息的手段，這些問題事先難以預(yù)見，事后也難于分析；同時可重復(fù)使用是高超聲速飛行器的一個重要發(fā)展方向。因此構(gòu)建基于結(jié)構(gòu)特性在內(nèi)的多種信息實(shí)時對飛行器進(jìn)行健康監(jiān)測的系統(tǒng)是高超聲速飛行器飛行試驗(yàn)研究和后續(xù)發(fā)展的一

2、個關(guān)鍵問題。本文以高超聲速飛行器承力與熱防護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對象，對基于光纖光柵FBG傳感器的結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　分析了高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)構(gòu)型與功能特性，結(jié)構(gòu)診斷分析方法對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)的要求和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)獲取手段，針對高超聲速飛行器特點(diǎn)提出了基于FBG傳感器的結(jié)構(gòu)損傷診斷系統(tǒng)框架，明確了該系統(tǒng)應(yīng)具有集成度高、數(shù)據(jù)采樣速率高、傳感器強(qiáng)抗干擾性等關(guān)鍵特性。
　　針對高超聲速飛行器常用結(jié)構(gòu)形式，提出了將徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與

3、結(jié)構(gòu)的固有頻率相結(jié)合用于判定梁結(jié)構(gòu)損傷位置及程度的方法。該方法能夠較準(zhǔn)確地判斷出結(jié)構(gòu)的損傷位置，并能評估出切口形式損傷的損傷深度。考慮溫度對結(jié)構(gòu)彈性模量的影響，將溫度作為調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出關(guān)系的權(quán)值，實(shí)現(xiàn)了熱結(jié)構(gòu)損傷位置的識別。
　　針對高超聲速飛行器蒙皮結(jié)構(gòu)開展了基于FBG的結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)試驗(yàn)研究。分別研究了裸光纖光柵傳感器的性能以及損傷對光纖光柵傳感器響應(yīng)的影響。靜力學(xué)拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，對于這種蒙皮結(jié)構(gòu)不同安裝形式的裸光纖

4、光柵傳感器靈敏度相差較大，且不同的粘接劑會對傳感器靈敏度也會造成較大的影響。在被測結(jié)構(gòu)中開微小的不影響結(jié)構(gòu)性能的槽，固定光柵可保證傳感器的性能穩(wěn)定。光纖光柵傳感器對蒙皮上添加的損傷孔在加載后出現(xiàn)的應(yīng)力集中很敏感，與數(shù)值模擬結(jié)果相符。應(yīng)力集中區(qū)的傳感器反射波波形發(fā)生了明顯變化，因此通過啁啾后的傳感器反射波正則化帶寬可對損傷的位置進(jìn)行有效地識別。
　　基于高超聲速結(jié)構(gòu)損傷診斷系統(tǒng)的需求，研究了獲取損傷診斷所需模態(tài)測試數(shù)據(jù)的FBG測點(diǎn)布