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新一代飛機(jī): 采用光學(xué)應(yīng)變片進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)研究

發(fā)布時(shí)間:2023-08-08      點(diǎn)擊次數(shù):1036

新一代飛機(jī): 采用光學(xué)應(yīng)變片進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)研究

日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)信賴 HBM 的數(shù)據(jù)采集技術(shù),對(duì)最新研發(fā)飛機(jī)的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。該研究著眼于小到中型噴氣客機(jī)的發(fā)展,是日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)與東京都政府和東京都立大學(xué)(TMU)合作項(xiàng)目的一部分。

HBM的光學(xué)應(yīng)變計(jì)系統(tǒng)(圖3)首次使用ATD的鴨式翼面設(shè)計(jì)的翼采用液壓作動(dòng)器施加可變負(fù)載進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試。該項(xiàng)目的目標(biāo)之一是使用18通道的光學(xué)應(yīng)變計(jì)(圖4)鴨式翼面的沖擊損傷監(jiān)測(cè)的影響。研究人員還著眼于使用光學(xué)應(yīng)變計(jì)新的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(HMS)的發(fā)展。

HBM 光學(xué)應(yīng)變系統(tǒng) (圖3) 首次被用于ATD的鴨式翼面,其采用了液壓作動(dòng)器施加可變負(fù)載進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試。首要的目標(biāo)是通過(guò) 18個(gè)通道 的光學(xué)應(yīng)變片(圖4)監(jiān)控負(fù)載對(duì)鴨式翼面的沖擊損傷。研究人員還采用光學(xué)應(yīng)變片對(duì) 新的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(HMS)進(jìn)行了研究。

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圖4 對(duì)沖擊位置額水平面進(jìn)行監(jiān)控

是任何爆炸的危險(xiǎn)的可能性降到最低,同時(shí)確保電磁效應(yīng)(EME)關(guān)注對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。 20倍光學(xué)應(yīng)變計(jì),共分布在機(jī)翼上的應(yīng)力計(jì)算所需的覆蓋范圍(圖5)。

相對(duì)電子應(yīng)變片,光學(xué)應(yīng)變片可以用于可能爆炸的環(huán)境,并且能夠?qū)?nbsp;電磁干擾 (EME)的影響降到最低。總共有 20 個(gè)光學(xué)應(yīng)變片 分布在機(jī)翼上進(jìn)行盈利測(cè)試和計(jì)算。 (圖5).

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圖5 圖監(jiān)測(cè)顯示,有限元分析結(jié)果的應(yīng)變值及估計(jì)的應(yīng)變分布圖

采用光學(xué)應(yīng)變片,研究人員在安裝應(yīng)變片時(shí)。節(jié)約了大量的時(shí)間。并且光學(xué)應(yīng)變片能夠同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)試。

另外研究人員采用了 HBM MGCplus 和3臺(tái) HBM DI410 光電測(cè)量?jī)x表。這個(gè) 4 通道的設(shè)備測(cè)量速率可達(dá) 1,000 次測(cè)量/秒. 兩臺(tái) HBM M416 多工器  可連接多達(dá) 320 個(gè)測(cè)量點(diǎn),并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量 數(shù)據(jù)采集和分析 采用了 HBM catman Enterprise 軟件。

HBM 測(cè)試設(shè)備意味著 結(jié)構(gòu)分析 非常容易完成。 分析軟件能夠進(jìn)行快速計(jì)算和圖形顯示,能夠幫助研究人員 快速識(shí)別結(jié)構(gòu)的缺陷

JAXA 重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和研究 下一代飛機(jī) 的 加強(qiáng)型復(fù)合結(jié)構(gòu) 和 智能技術(shù)。以滿足未來(lái)航空電子技術(shù)的要求。

研究涉及兩個(gè)階段,都采用了 HBM 的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備。 第一階段,開(kāi)始于 2011 年, 開(kāi)發(fā)了8人商務(wù)客機(jī) Advanced Technology Demonstrator (ATD)  (圖1).

第二階段, 開(kāi)始于 2012 年, 進(jìn)行的是 120 座區(qū)域性客機(jī)。繼成功地對(duì) ATD 鴨式翼面測(cè)試后,對(duì)一個(gè)長(zhǎng)達(dá)5米的帶有燃料箱的復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)翼進(jìn)行了測(cè)試(圖2)。

所有的結(jié)構(gòu)都采用了先進(jìn)的碳纖維增強(qiáng)層壓板 (CFRP). 層壓板通過(guò) Vectran 纖維來(lái)減少?gòu)?qiáng)度損失。