【美國(guó)sae網(wǎng)站2019年4月4日?qǐng)?bào)道】與大多數(shù)商用飛機(jī)上的剛性機(jī)翼不同，柔性機(jī)翼技術(shù)被認(rèn)作是下一代節(jié)能飛機(jī)至關(guān)重要的技術(shù)之一。然而，柔性機(jī)翼容易受到“顫振”即高度破壞性的氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定性的影響。洛克希德·馬丁公司X-56A多用途技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)(MUTT)無(wú)人機(jī)(UAV)是一種模塊化的高空長(zhǎng)航時(shí)(HALE)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，該機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了非常大展弦比的長(zhǎng)型柔性機(jī)翼，以便研究和試驗(yàn)主動(dòng)顫振抑制技術(shù)。

為更好了解和減輕顫振，NASA阿姆斯特朗飛行研究中心(AFRC)為X-56A無(wú)人機(jī)采用了光纖傳感(FOS)技術(shù)。

過(guò)去十年，AFRC利用FOS技術(shù)在飛行中進(jìn)行分布式應(yīng)變感應(yīng)和實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。與傳統(tǒng)傳感器相比，F(xiàn)OS技術(shù)提供了對(duì)結(jié)構(gòu)變化的前所未有的深入了解能力，一段約40英尺(12米)的單根細(xì)如毛發(fā)的光纖可以與類(lèi)似2000或更多個(gè)應(yīng)變計(jì)一樣工作，而不需要繁瑣且過(guò)重的儀表線(xiàn)。除結(jié)構(gòu)應(yīng)變外，F(xiàn)OS還可用于測(cè)量溫度、偏轉(zhuǎn)、應(yīng)力、載荷、剛度以及其他關(guān)鍵工程參數(shù)。

AFRC在X-56A機(jī)翼的兩面安裝了雙線(xiàn)光纖系統(tǒng)，以便同時(shí)監(jiān)控每個(gè)機(jī)翼的彎曲和橫截面旋轉(zhuǎn)。沿著翼展獲取分布的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并用于推導(dǎo)出機(jī)翼的振蕩速度，這樣可及時(shí)發(fā)現(xiàn)顫動(dòng)從何時(shí)開(kāi)始。由于每條光纖線(xiàn)路由數(shù)百個(gè)傳感點(diǎn)組成，因此FOS提供了比傳統(tǒng)傳感器更多的數(shù)據(jù)和更好的洞察力。

在試驗(yàn)過(guò)程中，最大的偏轉(zhuǎn)發(fā)生在翼尖處，最大的彎曲應(yīng)變發(fā)生在翼根外側(cè)幾英尺處。歷史經(jīng)驗(yàn)是，要獲得對(duì)整體應(yīng)變分布的了解只有通過(guò)有限元模型(FEM)計(jì)算才能實(shí)現(xiàn)。使用FOS，類(lèi)似于有限元數(shù)據(jù)是試驗(yàn)中在實(shí)際結(jié)構(gòu)上獲得。這樣可實(shí)現(xiàn)可靠的識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域，而不僅僅是預(yù)測(cè)，并且可作為FEM的驗(yàn)證。

一種改裝的Sensuron公司RTS125+實(shí)時(shí)FOS詢(xún)問(wèn)器安裝在X-56A上，飛行中獲取應(yīng)變和偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。考慮到特定的使用環(huán)境，RTS125 +系統(tǒng)的尺寸和重量進(jìn)行了修改，在保證堅(jiān)固可靠的同時(shí)，確保整個(gè)任務(wù)過(guò)程中保持最佳性能。

Sensuron公司的RTS125 +可在長(zhǎng)達(dá)320英尺(97.5米)的小型、輕重量且持久耐用的光纜上獲得連續(xù)的應(yīng)變和溫度分布數(shù)據(jù)。該技術(shù)針對(duì)AFRC的飛行應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，為試驗(yàn)工程師提供了對(duì)航空航天結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布、疲勞壽命和在役性能的全新了解。

除了實(shí)時(shí)的飛行中結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)外，航空航天工業(yè)中還有許多FOS技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，包括子部件級(jí)的全面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、裂縫檢測(cè)、復(fù)合材料嵌入和固化監(jiān)測(cè)，有限元驗(yàn)證，飛行載荷監(jiān)測(cè)等等。對(duì)于需要使用數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)電應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，采用分布式FOS技術(shù)可以顯著減少安裝時(shí)間、減輕重量和降低復(fù)雜度。對(duì)于較小規(guī)模的應(yīng)用，在安裝少量傳統(tǒng)應(yīng)變計(jì)的相同時(shí)間內(nèi)，可以安裝更多傳感器。無(wú)論何種應(yīng)用，光纖傳感技術(shù)使工程師能夠獲取比使用傳統(tǒng)傳感器時(shí)更多的數(shù)據(jù)。