变体机翼分布式光纤应变监测技术及+FBG传感器优化配置研究.pdf

中图分类号 TN2 论文编号 1028701 11-S118
学科分类号 080402


硕士学位论文



变体机翼分布式光纤应变监测技术及
FBG 传感器优化配置研究




研究生姓名徐海伟
学科、专业仪器科学与技术
(测试计量技术及仪器)
研究方向光纤传感技术
指导教师曾捷副教授









南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一一年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aeronautics and Astronautics

Research on the strain of morphing
wings'structure based on distributed fiber
monitoring technology and FBG sensors'
optimization configuration
A Thesis in
Instrument Science and Technology Engineering
(Measurement and Testing Technology & Instruments)

by
Name Xu Haiwei
Advised by
Associate Professor Zeng jie

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

December, 2011
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下
进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注
和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的
研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机
构的学位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或
部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或
扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)




作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
光纤传感器由于具有质量轻、直径细、柔韧性好、耐腐蚀等属性,并且能够实现对位移、
应力、温度等70多种物理量检测,可满足高精度、远距离、分布式和长期性技术要求,因此非
常适用于实现对大型复杂航空结构健康状态的智能监测。光纤传感器被国内外的研究者们公认
为最适合于构成智能材料结构中分布式监测网络的传感器类型。
在不同飞行姿态及飞行条件下,可变体机翼智能结构及驱动器根据外部条件及控制指令,
能够实现翼体自适应动态变形,表现出有良好的空气动力学性能。由于翼体结构应力场、温度
场分布和作用形式复杂多样,及时获取这些结构信息对于准确评估和分析结构健康状态非常重
要。因此需要对翼体结构在多物理场耦合条件下应变场分布及其变化规律进行研究,并实现对
翼体结构应变场分布信息的有效监测。
由于航空结构的关键部件形状、材料及承载形式存在差异,使得它们的应变场分布也有所
不同,因此必须根据航空结构的形状和材料属性特点,研究光纤 FBG 传感器优化配置方法,包
括传感器数量优化和传感器位置优化两个方面。开展 FBG 传感器优化配置方法研究对于提高光
纤结构健康监测系统效率、可靠性和经济性具有重要意义。
本文紧紧围绕变体机翼在多物理场耦合条件下的关键部位应变场监测及光纤 FBG 传感器
优化配置方法开展研究,主要工作包括以下几方面:
首先,介绍了本文研究背景,着重阐述了可变体机翼技术、基于光纤传感网络的航空结构
健康监测技术及光纤光栅传感器优化配置等研究领域的国内外现状和意义。
其次,开展了多物理场耦合条件下的可变翼体结构应变场数值模拟及基于光纤 Bragg 光栅
传感网络的关键部位应变监测研究。SOL Multiphysics 多物理场耦合有限元分析软件
对模型进行了应变场数值分析。通过构建分布式光纤 Bragg 光栅传感网络,实现了对结构关键
部位应变分布及变化的有效监测。
再次,研究了基于覆盖率最大规则的光纤 FBG 传感器优化配置方法。提出基于覆盖率最优
的传感器优化配置模