光纤光栅传感系统在航空航天方面的应用
发表时间:2025年01月08日

光纤光栅传感系统在航空航天方面有着广泛的应用,其高精度、高灵敏度、抗干扰和耐高温、耐腐蚀等特性,使其成为航空航天技术中不可或缺的监测工具。以下是光纤光栅传感系统在航空航天方面的具体应用:

光纤光栅传感系统

一、结构健康监测

  1. 飞机部件监测

    • 光纤光栅传感器可用于监测机翼、机身、尾翼和发动机等关键部件的结构健康状况。通过将光纤光栅连接到飞机的关键部件,传感器可以检测应变、温度和压力的变化,提供潜在故障的早期预警,有助于防止灾难性事件的发生。

    • 在无人机结构监测方面,光纤光栅传感器可用于监测其结构在复杂载荷下的健康状况,实施自诊断,对于未来大过载、复杂作战环境下的无人机具有重要的军事应用价值。

  2. 复合材料监测

    • 在复合材料结构中,光纤光栅传感器可用于监测固化过程、损伤识别以及修理部位的健康状态,确保复合材料结构的可靠性和安全性。

    • 光纤光栅传感器还可以嵌入到智能复合材料补片中,实现金属损伤结构补强修理的同时,通过内置的传感器网络实时监控修理部位的健康状态。

  3. 发动机性能监测

    • 光纤光栅传感器可以嵌入到飞机发动机中,监测温度、压力和振动等关键参数。这些信息有助于检测潜在问题、优化发动机性能,从而提高安全性并降低维护成本。

二、飞行测试与参数监测

  1. 飞行测试参数监测

    • 在飞行测试过程中,光纤光栅传感器可用于测量和监测机翼变形、机翼载荷和发动机性能等各种参数。这些传感器可以提供高度准确和可靠的数据,可用于优化飞机设计和提高安全性。

  2. 空中加油操作监测

    • 在空中加油操作期间,光纤光栅传感器可用于监测飞机的位置和运动。通过将光纤光栅连接到加油臂,传感器可以检测应变和位置的变化,为操作员提供关键反馈并提高安全性。

三、环境参数监测

  1. 机舱和货舱环境监测

    • 光纤光栅传感器可用于监测飞机机舱和货舱中的温度、湿度和压力等环境因素。这些信息有助于优化环境控制系统、提高乘客舒适度并确保货物安全。

  2. 进气道流场监测

    • 光纤光栅传感器在飞机进气道流场动态压力检测中也表现出巨大优势。通过设计合理的传感网络,光纤光栅传感器能够有效反映流场的动态压力变化,为进气道的优化设计和健康监测提供重要依据。

四、火灾探测与预警

  • 光纤光栅温度传感技术因其高精度和分布式监测能力,在航空器内部火灾探测中具有显著优势。通过实时监测航空器内部各区域的温度变化,光纤光栅传感系统能够及时发现火灾隐患,提高航空安全。

五、其他应用

  • 光纤光栅传感系统还可用于监测飞机起落架、油箱等部件的状态,以及进行飞行器的姿态控制和导航辅助等。

六、优势特点

  1. 抗干扰能力强:光纤光栅传感技术采用光信号传输,不受电磁干扰的影响,能够在强电磁场环境下正常工作。

  2. 耐高温、耐腐蚀:光纤光栅由玻璃纤维制成,具有良好的耐高温和耐腐蚀性能,适合在航空航天等恶劣环境中使用。

  3. 体积小、重量轻:光纤光栅传感器体积小、重量轻,便于在飞机等航空航天器上安装和布局。

  4. 复用能力强:光纤光栅传感系统可以实现多点监测,通过波分复用等技术,可以在一根光纤上同时传输多个传感器的信号,降低布线成本。

七、应用案例

  • 美国国家航空和宇宙航行局(NASA):在航天飞机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X-33进行实时的健康监测。

  • 埃姆斯研究中心:将光纤光栅埋入一个特别设计的套管中,制成压力传感器对直升机旋翼进行测量,可在飞行和风洞试验中提供两维、实时的传感数据。

  • 德国国防原子武器发展局大型客机研究中心:将光纤光栅传感器直接粘贴在复合材料的机翼上,用来监测飞机飞行中机翼的应变和温度变化情况。

  • 深圳中科传感科技有限公司:其研制的高可靠小型光纤光栅传感系统被搭载在我国新一代载人飞船试验船返回舱内,协助科研人员获取真实飞行环境下返回舱的实时温度、应变等状态,验证了光纤光栅传感器应用于航天器状态监测的可行性。

概括来说,光纤光栅传感系统在航空航天领域的应用广泛且深入,其高精度、高灵敏度、抗干扰和耐高温、耐腐蚀等特性,使其成为航空航天技术中不可或缺的监测工具。随着技术的不断进步和成本的降低,光纤光栅传感系统将在航空航天领域发挥更加重要的作用。