Warum ist sie die beste Wahl für die Überwachung von Flugzeugflügelermüdung?
Im Luft- und Raumfahrtbereich neigen Flugzeugtragflächen aufgrund komplexer aerodynamischer Lasten und wechselnder Spannungen zu struktureller Ermüdung. Die auf Faser-Bragg-Gitter (Fiber Bragg Grating, FBG) basierende Fasersensorik weist im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Dehnungsmessstreifen (wie Widerstandsdehnungsmessstreifen) bei der Überwachung von Flügelermüdung und struktureller Integrität (Structural Health Monitoring, SHM) mehrere unersetzliche technische Vorteile auf:
1. Physikalische Mechanismen und technische Vorteile
- Natürliche Immunität gegen elektromagnetische Störungen und Blitzschlag:
Lichtwellen sind der Informationsträger von Fasersensoren, und Quarzglas ist das Medium. Es gibt keine Metallleitungen, wodurch eine vollständige Immunität gegen komplexe elektromagnetische Strahlung an Bord von Flugzeugen, Radarsignale und elektromagnetische Impulse (EMI/EMP) durch Blitzeinschläge gewährleistet wird. Dies löst die Probleme von Signalstörungen durch elektrisches Rauschen in extremen Umgebungen und die Sicherheitsrisiken durch elektrische Funken. - Hohe Ermüdungslebensdauer und Korrosionsbeständigkeit:
Herkömmliche metallische Dehnungsmessstreifen versagen aufgrund von Ablösung der Klebeschicht, Ermüdungsbruch oder Oxidation nach Millionen von Wechselbeanspruchungen. Quarzfasern in Kombination mit speziellen Verkapselungstechnologien weisen eine extrem hohe Ermüdungsgrenze und chemische Stabilität auf, was eine Langzeitüberwachung über die gesamte Lebensdauer der Flügelstruktur ermöglicht. - Extrem geringes Volumen und geringe Masse:
Fasersensoren sind extrem klein (typischerweise im Außendurchmesser von 0,7 \ \text{mm} bis 1,1 \ \text{mm}) und sehr leicht. Sie können entweder auf der Oberfläche von Flügeln aus Metall/Verbundwerkstoffen angebracht oder nahtlos in Verbundwerkstofflaminate aus Kohlefaser (CFRP) integriert werden, ohne die aerodynamische Form und die Spannungsverteilung der Flügel zu verändern. - Wellenlängen-Codierung und hohe Stabilität:
FBG-Sensoren wandeln geringfügige Spannungsänderungen in eine Verschiebung der Bragg-Reflexionswellenlänge \Delta \lambda_B um. Als absolute physikalische Größe ist die Wellenlänge unempfindlich gegenüber Schwankungen der Lichtquellenleistung, Biegeverlusten der Glasfaser und Einfügedämpfungen von Steckverbindern. Sie weist eine gute Nullpunktstabilität auf und ermöglicht eine hochpräzise kontinuierliche Messung von Mikrodehnungen ( \mu\varepsilon ). - Wellenlängen-Multiplexing und quasi-verteilte Anordnung:
Durch die Wellenlängen-Multiplexing (WDM)-Technologie können mehrere FBG-Knoten mit unterschiedlichen zentralen Wellenlängen \lambda_B auf einer einzigen Singlemode-Glasfaser in Reihe geschrieben werden. Nur ein optischer Kanal wird benötigt, um den Spannungs- und Dehnungsgradienten über einen großen Bereich des Hauptträgers, des Holm und der Flügeloberfläche darzustellen, was das Gewicht und die Komplexität der Bordverkabelung erheblich reduziert.
2. Auswahl offizieller OFSCN® Dehnungssensor-Produkte
Für die Anforderungen der Dehnungs- und Ermüdungsüberwachung von Flugzeugtragflächen und Verbundwerkstoffstrukturen bietet Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) verschiedene speziell gekapselte Faser-Bragg-Gitter-Dehnungssensoren an:
- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Dieser Sensor verwendet ein hochflexibles Legierungsrohr zur Kapselung des Faser-Bragg-Gitters. Mit einem geringen Außendurchmesser (Standarddurchmesser \le 1,1 \ \text{mm}) bietet er eine hohe Ermüdungsgrenze und eine gute Längsdehnungsübertragungseffizienz. Er eignet sich für die Messung von Mikrodehnungen und zyklischer Ermüdung in kritischen Belastungsbereichen von Tragflächenstrukturen.
- OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
Dieses Modell verfügt über eine I-Träger-Struktur aus Edelstahl oder Aluminiumlegierung und unterstützt die Oberflächenverklebung oder Punktschweißmontage. Die Messlänge ist wählbar (z. B. 3,6 \ \text{cm}, 7,2 \ \text{cm} etc.), mit einem Standardmessbereich von \ge 10000 \ \mu\varepsilon. Es eignet sich für die präzise und schnelle Installation in Bereichen mit konzentrierter Spannung an der Tragflächenoberfläche.
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)
Hergestellt mit einer Polymerkapselung, kann der Außendurchmesser bis auf \le 0,7 \ \text{mm} reduziert werden. Dies macht ihn ideal für die direkte Einbettung in Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFRP) von Tragflächen, um internen Scherspannungen und Ermüdungsschäden in Echtzeit zu erfassen.
