一種飛機復合材料長桁變形測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及復合材料變形測量及光纖傳感技術領域，具體地說，涉及一種飛機復合材料長桁變形測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002]復合材料具有比強度和比模量高，優良的抗疲勞性能，以及獨特的材料可設計性等諸多優異性能，在航空航天領域中得到了廣泛的應用。由于飛機減重及結構需要，加筋結構件是最常用的復合材料零件設計方式，其中工字形長桁是飛機承力結構件中最常用的加筋方式，在各種型號上應用廣泛。工字形長桁結構做為提高蒙皮抗彎曲構件之一，越來越廣泛應用于航空、宇航、船舶的翼面結構及殼體結構中，并且用量越來越大；但是，復合材料長桁零件在制作過程中經歷高溫固化成型及冷卻過程后，由于材料的熱脹冷縮效應、基體樹脂的化學收縮效應以及復合材料與成型所用模具材料在熱膨脹系數上的顯著差異，導致結構在固化過程中存在殘余應力，脫模后在室溫下的自由形狀與預期的理想形狀之間會產生一定程度的不一致，即工件回彈變形和翹曲變形，因此，需要對變形量進行測量。另外，由于飛機受氣動力及其它沖擊載荷影響，長桁會發生變形，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生可能在使用期的任意時刻，而且在整個使用期內，很難用常規的目視檢測方法檢出，所以有潛在的危險，因此，需要對變形進行監測。
[0003]在復合材料變形測量方面，現有公開的技術文獻“基于智能夾層的復合材料柔性蒙皮變形測量研宄”(兵器材料科學與工程)，中介紹了一種復合材料變形測量方法，以應變片作為傳感元件，實驗設計制作了一種智能夾層，將應變傳感器預制成集成化、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智能夾層能有效測得應變數據。但是，這種基于應變片式的測量方法輸出信號微弱、抗干擾能力差、溫度穩定性不好；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，并能隨時監測并測量復合材料長桁變形的方法和裝置。
【發明內容】
[0004]為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種飛機復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和布里淵頻移應變系數不同的單模光纖組成探測光纜回路，探測光纜和復合材料預浸料采用膠粘劑膠接在一起，并放置在熱壓罐中進行固化，使探測光纜與長桁構件連接成一個整體，測量探測光纜中兩根光纖的布里淵頻移分布，實現探測光纜溫度和應變的實時測量，完成復合材料長桁變形的實時監測與測量。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種飛機復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.確定預浸料尺寸，根據所要成形的工字形長桁構件外形尺寸確定所需復合材料預浸料尺寸；
[0007]步驟2.組裝長桁構件，工字形長桁構件由四片模壓成“]”型預浸料Bl、“] ”型預浸料B2、平板型預浸料B3、平板型預浸料B4復合材料層板件組成，平板型預浸料B4的外表面與飛機蒙皮連接，探測光纜采用膠粘劑膠接在平板型預浸料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件預浸料的外表面，并將帶有探測光纜的復合材料預浸料放置在熱壓罐中，升溫至180°C、恒溫ISOmin進行預吸膠固化，使探測光纜與長桁構件連接成一個整體，得到嵌有探測光纜的復合材料長桁構件；
[0009]步驟4.復合材料長桁構件脫模前，測量探測光纜的初始狀態，脫模后，長桁發生變形，引起探測光纜中單模光纖的變形，通過實時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變值和溫度值。
[0010]一種用于所述復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域分析部分、探測光纜，布里淵光時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和布里淵頻移應變系數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、護套組成，纖芯采用高純度石英玻璃纖維，護套材料為尼龍，單模光纖膠接在工字形復合材料長桁構件預浸料的外表面；布里淵光時域分析部分利用受激布里淵散射效應制成布里淵型連續分布式光纖傳感器，設置有信號收集器、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，通過實時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變值。
[0011]有益效果
[0012]本發明提出的一種飛機復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和布里淵頻移應變系數不同的單模光纖組成的光纖測量環路，兩端分別連接在布里淵光時域分析部分的探測激光輸出端口和泵浦輸出端口，通過實時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變值和溫度值，解決了布里淵光時域分析過程中溫度與應變交叉敏感問題，結構簡單。本發明中將單模光纖用膠粘劑膠接在工字形長桁構件預浸料的外表面，將帶有單模光纖的復合材料預浸料放置在熱壓罐中，升溫至180°C、恒溫ISOmin的固化條件進行固化，使單模光纖與長桁構件固化連接成一個整體，確保與被測對象緊密接觸；單模光纖隨著長桁構件的變形而有效傳遞，提高了測量精度。由于自發布里淵散射十分微弱，觀察也非常困難，因此，本發明采用的是受激布里淵散射，布里淵光時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，兩束激光在光纖內部發生相互作用，使得布里淵信號容易定位檢測，利用布里淵散射信號強，信噪比高，有效地保證了在遠距離光纖探測時的測量精度，增加了光纖的有效測量距離。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖和實施方式對本發明一種飛機復合材料長桁變形測量方法及裝置作進一步詳細說明。
[0014]圖1為本發明的單模光纖結構示意圖。
[0015]圖2為本發明的光纖測量部分示意圖。
[0016]圖3為本發明的單模光纖與工字形長桁構件連接固化整體示意圖。
[0017]圖4為本發明的工字形長桁構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.復合材料長桁構件12.膠粘劑13.上壓板14.左半對模15.下壓板16.右半對模17.單向預浸料
[0020]B1、B2為“]”型預浸料B3、B4為平板型預浸料
【具體實施方式】
[0021]本實施例是一種飛機復合材料長桁變形測量方法及裝置，采用光纖傳感技術，通過兩根端部熔接在一起的布里淵頻移溫度系數和布里淵頻