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第卷第期航空学报
智能复合材料结构在未来飞机上的应用
陶宝祺梁大开王征袁慎芳
南京航空学院传感器与测试技术研究所, 南京,
一, 一, , 一
, 动, ,
摘要智能复合材料结构是将传感器阵列、接收器件、发射器件埋嵌在复合材料中, 将结构
与电子系统功能溶合的一种新结构。美国计划在世纪初研制出全智能结构飞机。本文仅说明
智能复合材料结构在飞机上的应用前景, 并从损伤评估、应变测量、改变应力、抑制振动以及
天线元件等方面介绍当前的研究成果。
关键词智能结构, 飞机, 复合材料
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以往飞机上的各类系统都是独立地, 分隔开来进行发展的。当前飞机的职能越来越
多, 附加的电子设备激增, 它们是在飞机结构完成后, 安装在飞机构件上的, 因此在设计
时都争夺飞机的空间和重量, 其中的重量是由于电子设备需要加强结构及铺设导线
造成的, 使得飞机重量增加。智能复合材料结构是将传感器阵列、接收器及发射器埋嵌在
复合材料中, 使飞机的结构与强度、环境测量系统、电子跟踪系统、光电侦察及反侦察系
统集成在一个整体中, 使得飞机重量减轻, 并提高飞机的安全性和存活力。美国权威人士
预言, 在本世纪将在飞机上局部应用智能复合材料结构, 在世纪初将出现整体智能复
合材料飞机。
智能复合材料在飞机上的应用前景
美国很重视智能复合材料结构的研究, 它是落实在美国空军科研项目搜测中, 被
确定为急需开发的有创始性的项目。美国航空、航天方面的权威机构及著名大学的研究中
心都参与了这项研究任务, 从年以来, 每年召开年会, 并汇报各自研究工作的进
展, 发表的论文涉及面很广, 包括智能结构的制造技术、强度分析、应用及信号处理技
年月日收到
航空科学基金资助课题
航空学报第卷
术。目前较成熟的有在复合材料中埋置光导纤维的光纤复合材料结构, 因为光导纤维具有
尺寸小、重量轻、可挠曲、不受电磁干扰及可以在高低温下使用等特点, 将它埋置在复合
材料中, 对材料的强度影响很小, 正在研究的有光纤通信、复合材料的损伤评估、测量结
构中的应变和温度、测量飞行载荷及环境参数, 并同时进行修正, 以取代目前的飞机跟踪
系统, 作为制导及电子对抗等。在复合材料中埋入记忆合金丝, 可以改变结构的应力状
态, 抑制振动及改变结构的姿态。在复合材料中安装导电薄膜及各种微型传感元件也取得
进展。在研究报告中提出了一些智能表层和智能结构的蓝图。图是智能表层的部分功
用。图是智能结构及表层中的传感器。图是智能表层结构。
这种结构的突出的优点是
可以对复合材料结构损识别隐蔽通讯
伤进行监控, 能在飞机结构或蒙
, ,
皮受伤后安全降落提高飞机人为干扰
雷达
的存活力二
、
减少信号源的重复, 降电子保障系统
威胁警告
低成本
一
减轻结构重量信号理解
信号处理一
信号处理器件可以安装
发送接收器
在传感元件的最近处, 加强系统
的功能图智能表层的功用
指导维修, 维修方便
线性分布传感器
在飞机的职能不断增加的
藕合器
情况下, 这种结构易于实现新的
。
功能美国在年先后抛出资分散的温度传