一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料變形測量及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高，優(yōu)良的抗疲勞性能，以及獨(dú)特的材料可設(shè)計(jì)性等諸多優(yōu)異性能，在航空航天領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于飛機(jī)減重及結(jié)構(gòu)需要，加筋結(jié)構(gòu)件是最常用的復(fù)合材料零件設(shè)計(jì)方式，其中工字形長桁是飛機(jī)承力結(jié)構(gòu)件中最常用的加筋方式，在各種型號上應(yīng)用廣泛。工字形長桁結(jié)構(gòu)做為提高蒙皮抗彎曲構(gòu)件之一，越來越廣泛應(yīng)用于航空、宇航、船舶的翼面結(jié)構(gòu)及殼體結(jié)構(gòu)中，并且用量越來越大；但是，復(fù)合材料長桁零件在制作過程中經(jīng)歷高溫固化成型及冷卻過程后，由于材料的熱脹冷縮效應(yīng)、基體樹脂的化學(xué)收縮效應(yīng)以及復(fù)合材料與成型所用模具材料在熱膨脹系數(shù)上的顯著差異，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在固化過程中存在殘余應(yīng)力，脫模后在室溫下的自由形狀與預(yù)期的理想形狀之間會產(chǎn)生一定程度的不一致，即工件回彈變形和翹曲變形，因此，需要對變形量進(jìn)行測量。另外，由于飛機(jī)受氣動力及其它沖擊載荷影響，長桁會發(fā)生變形，而且這種載荷一般是低能量的、也是低速沖擊；但是，這種低速低能量的沖擊損傷由于其發(fā)生可能在使用期的任意時(shí)刻，而且在整個(gè)使用期內(nèi)，很難用常規(guī)的目視檢測方法檢出，所以有潛在的危險(xiǎn)，因此，需要對變形進(jìn)行監(jiān)測。
[0003]在復(fù)合材料變形測量方面，現(xiàn)有公開的技術(shù)文獻(xiàn)“基于智能夾層的復(fù)合材料柔性蒙皮變形測量研宄”(兵器材料科學(xué)與工程)，中介紹了一種復(fù)合材料變形測量方法，以應(yīng)變片作為傳感元件，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作了一種智能夾層，將應(yīng)變傳感器預(yù)制成集成化、模塊化的夾層，提高了蒙皮變形能力，在蒙皮變形的線彈性范圍內(nèi)智能夾層能有效測得應(yīng)變數(shù)據(jù)。但是，這種基于應(yīng)變片式的測量方法輸出信號微弱、抗干擾能力差、溫度穩(wěn)定性不好；該方法針對真空干燥箱中60°C?70°C固化情況，無法滿足隨著工字形長桁在熱壓罐中進(jìn)行180°C的固化的溫度要求。因此，需要一種能滿足工字形長桁在熱壓罐中的固化條件，并能隨時(shí)監(jiān)測并測量復(fù)合材料長桁變形的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置；通過兩根端部熔接在一起的布里淵頻移溫度系數(shù)和布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)不同的單模光纖組成探測光纜回路，探測光纜和復(fù)合材料預(yù)浸料采用膠粘劑膠接在一起，并放置在熱壓罐中進(jìn)行固化，使探測光纜與長桁構(gòu)件連接成一個(gè)整體，測量探測光纜中兩根光纖的布里淵頻移分布，實(shí)現(xiàn)探測光纜溫度和應(yīng)變的實(shí)時(shí)測量，完成復(fù)合材料長桁變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測與測量。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法，其特征在于包括以下步驟:
[0006]步驟1.確定預(yù)浸料尺寸，根據(jù)所要成形的工字形長桁構(gòu)件外形尺寸確定所需復(fù)合材料預(yù)浸料尺寸；
[0007]步驟2.組裝長桁構(gòu)件，工字形長桁構(gòu)件由四片模壓成“]”型預(yù)浸料Bl、“] ”型預(yù)浸料B2、平板型預(yù)浸料B3、平板型預(yù)浸料B4復(fù)合材料層板件組成，平板型預(yù)浸料B4的外表面與飛機(jī)蒙皮連接，探測光纜采用膠粘劑膠接在平板型預(yù)浸料B3的外表面；
[0008]步驟3.將兩根單模光纖組成的探測光纜采用膠粘劑膠接在工字形長桁構(gòu)件預(yù)浸料的外表面，并將帶有探測光纜的復(fù)合材料預(yù)浸料放置在熱壓罐中，升溫至180°C、恒溫ISOmin進(jìn)行預(yù)吸膠固化，使探測光纜與長桁構(gòu)件連接成一個(gè)整體，得到嵌有探測光纜的復(fù)合材料長桁構(gòu)件；
[0009]步驟4.復(fù)合材料長桁構(gòu)件脫模前，測量探測光纜的初始狀態(tài)，脫模后，長桁發(fā)生變形，引起探測光纜中單模光纖的變形，通過實(shí)時(shí)測量兩根單模光纖的變形引起的布里淵頻移量，得到各測量階段的應(yīng)變值和溫度值。
[0010]一種用于所述復(fù)合材料長桁變形測量方法的裝置，其特征在于包括布里淵光時(shí)域分析部分、探測光纜，布里淵光時(shí)域分析部分包括探測激光器、信號收集器、泵浦激光器，探測光纜由第一單模光纖、第二單模光纖兩根端部熔接在一起的布里淵頻移溫度系數(shù)和布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)不同的單模光纖組成，第一單模光纖與第二單模光纖分別由纖芯、包層、涂覆層、護(hù)套組成，纖芯采用高純度石英玻璃纖維，護(hù)套材料為尼龍，單模光纖膠接在工字形復(fù)合材料長桁構(gòu)件預(yù)浸料的外表面；布里淵光時(shí)域分析部分利用受激布里淵散射效應(yīng)制成布里淵型連續(xù)分布式光纖傳感器，設(shè)置有信號收集器、探測激光器輸出端口和泵浦激光器輸出端口，并分別與探測光纜兩端連接，探測激光和泵浦激光相向入射到傳感光纖后，通過實(shí)時(shí)測量長桁變形引起的光纖的布里淵頻移量，得到各測量階段的溫度值和應(yīng)變值。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置，通過兩根端部熔接在一起的布里淵頻移溫度系數(shù)和布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)不同的單模光纖組成的光纖測量環(huán)路，兩端分別連接在布里淵光時(shí)域分析部分的探測激光輸出端口和泵浦輸出端口，通過實(shí)時(shí)測量長桁變形引起的兩根光纖的布里淵頻移量，得到各測量階段的應(yīng)變值和溫度值，解決了布里淵光時(shí)域分析過程中溫度與應(yīng)變交叉敏感問題，結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明中將單模光纖用膠粘劑膠接在工字形長桁構(gòu)件預(yù)浸料的外表面，將帶有單模光纖的復(fù)合材料預(yù)浸料放置在熱壓罐中，升溫至180°C、恒溫ISOmin的固化條件進(jìn)行固化，使單模光纖與長桁構(gòu)件固化連接成一個(gè)整體，確保與被測對象緊密接觸；單模光纖隨著長桁構(gòu)件的變形而有效傳遞，提高了測量精度。由于自發(fā)布里淵散射十分微弱，觀察也非常困難，因此，本發(fā)明采用的是受激布里淵散射，布里淵光時(shí)域分析部分的探測激光和泵浦激光分別從被測光纖的兩端相向入射，兩束激光在光纖內(nèi)部發(fā)生相互作用，使得布里淵信號容易定位檢測，利用布里淵散射信號強(qiáng)，信噪比高，有效地保證了在遠(yuǎn)距離光纖探測時(shí)的測量精度，增加了光纖的有效測量距離。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]圖1為本發(fā)明的單模光纖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的光纖測量部分示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的單模光纖與工字形長桁構(gòu)件連接固化整體示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的工字形長桁構(gòu)件固化成型工藝組合示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1.纖芯2.包層3.涂覆層4.護(hù)套5.探測激光器6.信號收集器7.泵浦激光器8.受激布里淵散射光9.布里淵光時(shí)域分析部分10.探測光纜10A.第一單模光纖10B.第二單模光纖10C.光纖熔接處11.復(fù)合材料長桁構(gòu)件12.膠粘劑13.上壓板14.左半對模15.下壓板16.右半對模17.單向預(yù)浸料
[0020]B1、B2為“]”型預(yù)浸料B3、B4為平板型預(yù)浸料
【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例是一種飛機(jī)復(fù)合材料長桁變形測量方法及裝置，采用光纖傳感技術(shù)，通過兩根端部熔接在一起的布里淵頻移溫度系數(shù)和布里淵頻