【美国sae网站2019年4月4日报道】与大多数商用飞机上的刚性机翼不同,柔性机翼技术被认作是下一代节能飞机至关重要的技术之一。然而,柔性机翼容易受到“颤振”即高度破坏性的气动弹性不稳定性的影响。洛克希德·马丁公司X-56A多用途技术试验台(MUTT)无人机(UAV)是一种模块化的高空长航时(HALE)技术验证机,该机专门设计了非常大展弦比的长型柔性机翼,以便研究和试验主动颤振抑制技术。
为更好了解和减轻颤振,NASA阿姆斯特朗飞行研究中心(AFRC)为X-56A无人机采用了光纤传感(FOS)技术。
过去十年,AFRC利用FOS技术在飞行中进行分布式应变感应和实时结构健康监测。与传统传感器相比,FOS技术提供了对结构变化的前所未有的深入了解能力,一段约40英尺(12米)的单根细如毛发的光纤可以与类似2000或更多个应变计一样工作,而不需要繁琐且过重的仪表线。除结构应变外,FOS还可用于测量温度、偏转、应力、载荷、刚度以及其他关键工程参数。
AFRC在X-56A机翼的两面安装了双线光纤系统,以便同时监控每个机翼的弯曲和横截面旋转。沿着翼展获取分布的应变数据,并用于推导出机翼的振荡速度,这样可及时发现颤动从何时开始。由于每条光纤线路由数百个传感点组成,因此FOS提供了比传统传感器更多的数据和更好的洞察力。
在试验过程中,最大的偏转发生在翼尖处,最大的弯曲应变发生在翼根外侧几英尺处。历史经验是,要获得对整体应变分布的了解只有通过有限元模型(FEM)计算才能实现。使用FOS,类似于有限元数据是试验中在实际结构上获得。这样可实现可靠的识别关键区域,而不仅仅是预测,并且可作为FEM的验证。
一种改装的Sensuron公司RTS125+实时FOS询问器安装在X-56A上,飞行中获取应变和偏转数据。考虑到特定的使用环境,RTS125 +系统的尺寸和重量进行了修改,在保证坚固可靠的同时,确保整个任务过程中保持最佳性能。
Sensuron公司的RTS125 +可在长达320英尺(97.5米)的小型、轻重量且持久耐用的光缆上获得连续的应变和温度分布数据。该技术针对AFRC的飞行应用进行了优化,为试验工程师提供了对航空航天结构的应变分布、疲劳寿命和在役性能的全新了解。
除了实时的飞行中结构健康监测外,航空航天工业中还有许多FOS技术的应用场景,包括子部件级的全面结构试验、裂缝检测、复合材料嵌入和固化监测,有限元验证,飞行载荷监测等等。对于需要使用数百甚至数千个电应变计的应用场景来说,采用分布式FOS技术可以显著减少安装时间、减轻重量和降低复杂度。对于较小规模的应用,在安装少量传统应变计的相同时间内,可以安装更多传感器。无论何种应用,光纤传感技术使工程师能够获取比使用传统传感器时更多的数据。