航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展

航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展

航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展

摘要：隨著航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和宇宙飛船等航空航天器件中。然而，隨著航空航天器件使用壽命的不斷延長，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測變得尤為重要。本文將綜述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的研究進(jìn)展，包括傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)以及健康監(jiān)測算法。希望通過本文的介紹，讀者能夠了解并深入探討航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的最新進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、健康監(jiān)測、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)測算法

1.引言

航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展推動了航空航天器件的更新?lián)Q代，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由于其輕量化、高強(qiáng)度和優(yōu)異的耐腐蝕性能而被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、宇宙飛船等航空航天器件中。然而，隨著航空航天器件使用壽命的不斷增加，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測變得尤為重要。健康監(jiān)測技術(shù)能夠幫助航空航天器件實(shí)時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)測潛在的結(jié)構(gòu)損傷，從而保障航空航天器件的安全運(yùn)行。

2.傳感器技術(shù)

傳感器是航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感器能夠采集和監(jiān)測結(jié)構(gòu)的物理量信息，如振動、應(yīng)變、溫度等。目前常用的傳感器技術(shù)包括光纖傳感器、納米傳感器和無線傳感器。

2.1光纖傳感器

光纖傳感器是目前應(yīng)用較廣泛的一種傳感器技術(shù)。光纖傳感器具有高精度、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)，能夠?qū)崟r監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度變化。光纖傳感器分為光柵傳感器和光纖布拉格光柵傳感器兩種。

2.2納米傳感器

納米傳感器是一種新型的傳感器技術(shù)，能夠在微小的尺度下進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。納米傳感器具有靈敏度高、體積小等特點(diǎn)，可以實(shí)時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、疲勞和損傷。

2.3無線傳感器

無線傳感器是近年來發(fā)展起來的一種傳感器技術(shù)。無線傳感器具有方便安裝、布線簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的振動、溫度等信息。無線傳感器還能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)、遠(yuǎn)程和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。

3.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)是航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的另一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析等步驟。

3.1數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是指將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換的過程。數(shù)據(jù)采集設(shè)備需要具備高速、高精度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

3.2數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸是指將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)的過程。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)通常包括有線傳輸和無線傳輸兩種方式。有線傳輸穩(wěn)定可靠，但限制了監(jiān)測點(diǎn)的布置；無線傳輸則克服了這一缺點(diǎn)，但可能存在信號干擾的問題。

3.3數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲是指將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的過程。數(shù)據(jù)存儲設(shè)備需要具備大容量、可靠性和安全性的特點(diǎn)。

3.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是指對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的過程。數(shù)據(jù)分析技術(shù)通常采用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等方法，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的預(yù)測和判斷。

4.健康監(jiān)測算法

健康監(jiān)測算法是航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心技術(shù)之一。健康監(jiān)測算法通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的監(jiān)測和預(yù)測。常用的健康監(jiān)測算法包括基于模型的方法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法和基于統(tǒng)計(jì)的方法。

4.1基于模型的方法

基于模型的方法是指通過建立結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，利用模型分析結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)?；谀Ｐ偷姆椒ň哂锌煽啃愿摺⒕雀叩葍?yōu)點(diǎn)，但對結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)確定較為復(fù)雜。

4.2基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法是指通過分析采集到的數(shù)據(jù)，尋找數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的判斷。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法對結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)確定較為簡單，但對數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量要求較高。

4.3基于統(tǒng)計(jì)的方法

基于統(tǒng)計(jì)的方法通過對大量的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，尋找數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的判斷。基于統(tǒng)計(jì)的方法主要適用于大規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)測和分析。

5.總結(jié)與展望

航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，為航空航天器件的安全運(yùn)行提供了有力的支持。傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)以及健康監(jiān)測算法是健康監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不斷的