CN115183731A - 一种机翼表面监测系统及其传感器布置方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种机翼表面监测系统及其传感器布置方法,涉及机翼表面监测的技术领域,用于解决现有技术中在监测机翼表面时,由于传感器在机翼表面的布置方式单一,因此不能全面的、有针对性的对机翼表面进行监测的技术问题。所述系统包括多个传感器,均安装在机翼表面,用于监测机翼表面的变化参数,相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同;供电模块,安装在机翼表面且与所述传感器电性连接,用于为所述传感器供电。通过上述技术方案,本申请由于是根据飞机在飞行过程中机翼的实际变形量来布置多个传感器,因此打破了现有技术中传感器在机翼表面的单一布置方式,从而可以更全面、更有针对性的对机翼的表面进行监测。
Description
技术领域
本申请涉及机翼表面监测的技术领域,尤其涉及一种机翼表面监测系统及其传感器布置方法。
背景技术
机翼作为飞机气动载荷和外挂载荷主要的受力部件,在飞行过程中因外力的作用会产生较大的变形,因此对机翼表面监测事关飞行安全。
目前主要通过压力传感器和传感器对机翼的表面进行监测,比如监测机翼表面的压力和变形,传感器粘贴在机翼表面,同时在机翼表面安装电池为传感器供电,传感器一般布置在机翼表面需关注部位,该方式虽然可以对机翼的表面进行监测,但是由于传感器在机翼表面的布置方式单一,比如在机翼变形前等间距的布置传感器,以及仅仅布置一两个传感器,因此不能全面的、有针对性的对机翼的表面进行监测。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种机翼表面监测系统及其传感器布置方法,旨在解决现有技术中在监测机翼表面时,由于传感器在机翼表面的布置方式单一,因此不能全面的、有针对性的对机翼的表面进行监测的技术问题。
为实现上述目的,本申请第一方面提供了一种机翼表面监测系统,所述系统包括:
多个传感器,均安装在机翼表面,且相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同,所述传感器用于监测机翼表面的变化参数,所述变形量为飞机在飞行过程中机翼的变形量;
供电模块,安装在所述机翼表面,且所述供电模块与多个所述传感器均电性连接,所述供电模块用于为所述传感器供电。
可选地,所述系统还包括:
稳压模块,与所述供电模块电性连接,用于将供电模块的电能转化为稳定电压,并将所述稳定电压输出;
储能模块,与所述稳压模块和传感器均电性连接,用于储存所述稳压模块输出的所述稳定电压,并通过稳定电压为所述传感器供电。
可选地,所述储能模块的数量为多个,所述储能模块包括多个聚合物理电池。
可选地,所述供电模块为太阳能电池板,所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能,并为所述传感器供电。
可选地,所述太阳能电池板包括柔性太阳能电池板,所述柔性太阳能电池板粘贴在机翼上。
可选地,所述柔性太阳能电池板包括多个太阳能电池片,多个所述太阳能电池片间依次串联。
可选地,多个所述太阳能电池片间通过铜箔焊接。
可选地,所述变化参数包括机翼表面的压力和变形量。
可选地,所述机翼包括固定端,靠近所述固定端的变形梯度小于远离所述固定端的变形梯度。
第二方面,本申请还提供了一种机翼表面监测系统的传感器布置方法,所述方法包括:
在机翼的一端施加固定约束,并在所述机翼的底部施加向上的均布载荷,以模拟所述机翼在飞行过程中受到的升力;
对所述机翼进行静力学仿真,获取所述机翼在均布载荷下的变形图,所述变形图包括机翼的变形梯度;
基于所述变形梯度的大小布置多个传感器,其中,相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同。
可选的,所述机翼包括固定端,靠近所述固定端的变形梯度小于远离所述固定端的变形梯度;
所述基于所述变形梯度的大小布置多个传感器的步骤,包括:
在靠近所述固定端的位置按照第一间距布置多个所述传感器;
在远离所述固定端的位置按照第二间距布置多个所述传感器,其中,所述第一间距小于所述第二间距。通过上述技术方案,本申请至少具有如下有益效果:
本申请实施例提出的一种机翼表面监测系统及其传感器布置方法,通过在机翼的表面安装多个传感器,而且保证相邻两个传感器间机翼的变形量均相同,由于是根据飞机在飞行过程中机翼的实际变形量来布置多个传感器,因此打破了现有技术中传感器在机翼表面的单一布置方式,从而可以更全面、更有针对性的对机翼的表面进行监测。
附图说明
图1为本申请提供的机翼表面监测系统的示意图;
图2为本申请提供的系统中机翼的约束及载荷的示意图;
图3为本申请提供的系统中机翼在均布载荷下的变形示意图;
图4为本申请提供的系统中机翼在均布载荷下各点沿z向的变形曲线示意图;
图5为本申请提供的系统中传感器在机翼上的布置示意图;
图6为本申请提供的系统中多个柔性太阳能电池片连接的示意图。
图7为本申请提供的机翼表面监测系统的传感器布置方法的流程图;
图8为本申请提供的方法中基于变形梯度的大小布置多个传感器的流程图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
机翼一般面积较大,且在飞行载荷下各部位变形情况不尽相同,这就导致如果在机翼表面布置的传感器较少,则无法完全测出机翼表面的变形情况,如果安装的传感器太多,则会影响机翼的平衡性,增加布置传感器带来的工作量,现有技术中是在机翼变形前,等间距的布置传感器,而且仅采用一两个传感器,如此传感器在机翼表面的布置方式单一,不能对机翼表面某些变形较大的区域实现针对性的测量。
为了解决上述技术问题,如图1所示,本申请提供了一种机翼表面监测系统,该系统包括:
多个传感器,多个传感器均安装在机翼表面,且相邻两个传感器间机翼的变形量均相同,传感器用于监测机翼表面的变化参数,其中,变形量为飞机在飞行过程中机翼的变形量;供电模块,安装在所述机翼表面,且供电模块与多个传感器均电性连接,供电模块用于为所述传感器供电。
本实施例中,传感器可以选择位移传感器,通过供电模块为多个传感器供电,传感器再监测机翼表面的变化参数,这里的变化参数包括机翼表面的压力和变形量。具体的,如图2所示,在机翼左端施加固定约束,右侧为自由端,并在机翼底部施加向上的均布载荷,模拟机翼在飞行过程中受到的升力。并采用abaqus进行静力学仿真,可得到机翼在均布载荷下的变形图,如图3所示,为方便显示,图3为实际变形的200倍。可以看到,机翼沿轴向(即x方向)的变形梯度并不是均匀的,靠近固定端的一侧变形梯度较小,远离固定端的一侧变形梯度较大,故可根据变形梯度的大小布置传感器,以保证相邻传感器间的变形量相同,设机翼自由端的最大变形量为d,需布置的传感器数量为n,则相邻传感器间的变形量为d/n。如图4所示,图4为机翼在均布载荷下各点沿z向的变形曲线示意图,其中机翼长度为1m,机翼自由端的最大变形量为2.129mm,取传感器的数量为10,则相邻传感器间的变形量应为0.2129mm,在机翼表面的布置方式如图5所示,靠近固定端的传感器数量较少,远离固定端的传感器数量较多,保证了相邻传感器间的变形量相同。
通过上述分析可知,本实施例在布置机翼上的传感器时,是根据飞机在飞行过程中机翼的实际变形量来布置传感器,而且要求相邻两个传感器间机翼的变形量均相同,即根据机翼等变形量的方式布置多个传感器,而不是在机翼变形前等间距的布置传感器,以及仅仅只布置一两个传感器,因此打破了现有技术中传感器在机翼表面的单一布置方式,从而可以更全面、更有针对性的对机翼的表面进行监测,比如可以对机翼表面某些变形较大的区域实现针对性的测量。
在一些实施例中,如图1所示,该系统还包括:
稳压模块,稳压模块与供电模块电性连接,用于将供电模块的电能转化为稳定电压,并将稳定电压输出;储能模块,储能模块与稳压模块、传感器均电性连接,用于储存稳压模块输出的稳定电压,并通过稳定电压为传感器供电,其中,稳压模块是一个模拟电路构成的集成块,结构复杂,稳压能力比稳压管强,稳压范围小精度更高,可以根据实际情况自主选择。
在该实施例中,飞机在飞行过程中,机翼与太阳光的照射角度并不是固定不变的,另外由于天气变化等因素,均会导致柔性太阳能电池传输出来的电流不稳定,如果此时直接给传感器供电,则会导致传感器电压不稳定,影响采集精度,因此本实施例在太阳能电池板和传感器之间加了稳压模块和储能模块,通过稳压模块将太阳能电池板转化在一定范围内的电压转化成固定电压,并稳定的输出到储能模块上,储存模块再将稳定的电压输出给传感器,如此为传感器供电的电压就是稳定的,从而可以提高传感器采集的机翼表面的压力和变形量的精度。
在一些实施例中,供电模块为太阳能电池板,太阳能电池板用于将太阳能转化为电能,并为传感器供电。
本实施例中,由于现有技术中在对机翼表面监测,如采集机翼表面的压力和变形量时,通过电池为传感器供电,而电池的容量受到限制,电量耗尽之后需更换新电池,更换电池的过程复杂繁琐,因此不能实现传感器持续自主的供电,为了解决该技术问题,提出来本实施例中的上述技术方案。具体的,通过安装在机翼表面的太阳能电池板将太阳能转化为电能,并通过转化的电能为传感器供电,由于太阳能电池板可以持续的将太阳能转化为电能,从而不需要像现有技术中频繁的更换电池,因此减少了更换电池所带来的工作量,同时通过太阳能电池板实现了为传感器持续自主供电的目的。
在一些实施例中,太阳能电池板包括柔性太阳能电池板,柔性太阳能电池板粘贴在机翼上。具体的,柔性太阳能电池板具有轻质、可弯曲等特性,可最大程度地减小机翼因外部载荷带来的承重问题,提高飞机的燃油经济型。柔性太阳能电池板采用柔性薄膜作为基底,并选用铜铟镓硒薄膜电池,具有污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点,光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首,接近于晶体硅太阳能电池,并且生产成本低,只有晶体硅太阳能电池的三分之一,是柔性薄膜太阳能电池的首选材料。使用时,首先在柔性太阳能电池板的表面封装阻水膜,以抵抗雨雪天气等带来的恶劣影响,保证其正常工作;然后用胶水将柔性太阳能电池板粘贴在机翼表面,使其与机翼充分接触,增加与太阳光照的接触面积;最后通过导线与柔性太阳能电池板的正负极连接,输出电能。
在一些实施例中,如图6所示,柔性太阳能电池板包括多个太阳能电池片,多个太阳能电池片间依次串联,通过多个太阳能电池片串联起来,可以增加转化的电能的量,从而可以进一步保证为传感器进行供电。
在一些实施例中,多个太阳能电池片间通过铜箔焊接。具体的,对太阳能电池片可进行任意焊接和裁剪,以满足不同的功率需求,例如单个太阳能电池片的电压为U,电流为I,功率为P,则n个太阳能电池片串联到一起之后电压为nU,电流为I,功率为nP。焊接完成以后,对于底部的裸漏电极,以及上端已焊接和未使用的电极焊接点均需要使用绝缘胶带粘贴,如此避免使用或安装过程中发生短路。
在一些实施例中,储能模块的数量为多个,储能模块包括多个可充电聚合物理电池。具体的,可根据不同功耗的传感器选择不同容量的锂电池,另外可根据传感器的布置方式改变锂电池的布置方式或数量,布置方式灵活,可应用在不同工况场景中。可充电聚合物锂电池的优点是动力强劲,持久耐用,并且可进行600次以上的充放电次数要求,使用进口保护板IC,内设防短路,过流装置,符合国际安全标准,使用胶太电作为锂电池聚合物的电芯,防止因为液体沸腾而产生大量气体,杜绝了剧烈爆炸的可能。由于飞机在飞行过程中环境比较恶劣,温差大,气压波动也较大,故使用可充电聚合物锂电池作为振动采集系统的储能模块,可充分避免上述恶劣环境带来的影响。使用时,将可充电聚合物锂电池粘贴在机翼表面,即可自行进行充放电工作,为系统提供持久的能量,避免了频繁更换电池带来的麻烦。
参见图7,基于上述一种机翼表面监测系统,本实施例还提供了一种机翼表面监测系统的传感器布置方法,该方法包括:
S10:在机翼的一端施加固定约束,并在机翼的底部施加向上的均布载荷,以模拟所述机翼在飞行过程中受到的升力;也就是机翼的一端固定,为固定端,另一端不固定,为自由端;
S20:对所述机翼进行静力学仿真,获取所述机翼在均布载荷下的变形图,所述变形图包括机翼的变形梯度;
S30:基于所述变形梯度的大小布置多个传感器,其中,相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同,且该传感器为上述一种机翼表面监测系统中的传感器。
本实施例中,如图2所示,在机翼左端施加固定约束,右侧为自由端,并在机翼底部施加向上的均布载荷,模拟机翼在飞行过程中受到的升力。并采用abaqus进行静力学仿真,可得到机翼在均布载荷下的变形图,如图3所示,为方便显示,图3为实际变形的200倍。可以看到,机翼沿轴向(即x方向)的变形梯度并不是均匀的,靠近固定端的一侧变形梯度较小,远离固定端的一侧变形梯度较大,故可根据变形梯度的大小布置传感器,以保证相邻传感器间的变形量相同,设机翼自由端的最大变形量为d,需布置的传感器数量为n,则相邻传感器间的变形量为d/n。如图4所示,图4为机翼在均布载荷下各点沿z向的变形曲线示意图,其中机翼长度为1m,机翼自由端的最大变形量为2.129mm,取传感器的数量为10,则相邻传感器间的变形量应为0.2129mm,在机翼表面的布置方式如图5所示,靠近固定端的传感器数量较少,远离固定端的传感器数量较多,保证了相邻传感器间的变形量相同。
通过上述实验分析可知,本实施例在布置机翼上的传感器时,是根据飞机在飞行过程中机翼的实际变形量来布置传感器,而且要求相邻两个传感器间机翼的变形量均相同,即根据机翼等变形量的方式布置多个传感器,而不是在机翼变形前等间距的布置传感器,以及仅仅只布置一两个传感器,因此打破了现有技术中传感器在机翼表面的单一布置方式,从而可以更全面、更有针对性的对机翼的表面进行监测。
在一些实施例中,如图8所示,机翼包括固定端,靠近所述固定端的变形梯度小于远离所述固定端的变形梯度;所述基于所述变形梯度的大小布置多个传感器的步骤,包括:
S301:在靠近所述固定端的位置按照第一间距布置多个所述传感器;
S302:在远离所述固定端的位置按照第二间距布置多个所述传感器,其中,所述第一间距小于所述第二间距。
在该实施例中,通过上述实施例的介绍可知靠近固定端位置安装的传感器数量会少于远离固定端位置的传感器数量,保证了相邻两个传感器间机翼的变形量均相同,而且保证了在机翼上安装的传感器数量合适,这就不会因为在机翼表面布置的传感器较少,而导致无法完全测出机翼表面的变形情况,也不会因为安装的传感器太多,而影响到机翼的平衡性,以及不会增加布置传感器带来的多余工作量。
以上所揭露的仅为本申请的局部实施例而已,当然不能以此来限定本申请之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或局部流程,并依本申请权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种机翼表面监测系统,其特征在于,所述系统包括:
多个传感器,均安装在机翼表面,且相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同,所述传感器用于监测机翼表面的变化参数,所述变形量为飞机在飞行过程中机翼的变形量;
供电模块,安装在所述机翼表面,且所述供电模块与多个所述传感器均电性连接,所述供电模块用于为所述传感器供电。
2.如权利要求1所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述系统还包括:
稳压模块,与所述供电模块电性连接,用于将所述供电模块的电能转化为稳定电压,并将所述稳定电压输出;
储能模块,与所述稳压模块和传感器均电性连接,用于储存所述稳压模块输出的所述稳定电压,并通过所述稳定电压为所述传感器供电。
3.如权利要求2所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述储能模块的数量为多个,所述储能模块包括多个聚合物理电池。
4.如权利要求1所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述供电模块包括太阳能电池板,所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能,并为所述传感器供电。
5.如权利要求4所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述太阳能电池板为柔性太阳能电池板,所述柔性太阳能电池板粘贴在机翼上。
6.如权利要求5所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述柔性太阳能电池板包括多个太阳能电池片,多个所述太阳能电池片间依次串联。
7.如权利要求1所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述变化参数包括机翼表面的压力和变形量。
8.如权利要求1所述的机翼表面监测系统,其特征在于,所述机翼包括固定端,靠近所述固定端的变形梯度小于远离所述固定端的变形梯度。
9.一种机翼表面监测系统的传感器布置方法,其特征在于,所述方法包括:
在机翼的一端施加固定约束,并在所述机翼的底部施加向上的均布载荷,以模拟所述机翼在飞行过程中受到的升力;
对所述机翼进行静力学仿真,获取所述机翼在均布载荷下的变形图,所述变形图包括机翼的变形梯度;
基于所述变形梯度的大小布置多个传感器;其中,相邻两个所述传感器间机翼的变形量均相同。
10.如权利要求9所述的机翼表面监测系统的传感器布置方法,其特征在于,所述机翼包括固定端,靠近所述固定端的变形梯度小于远离所述固定端的变形梯度;
所述基于所述变形梯度的大小布置多个传感器的步骤,包括:
在靠近所述固定端的位置按照第一间距布置多个所述传感器;
在远离所述固定端的位置按照第二间距布置多个所述传感器,其中,所述第一间距小于所述第二间距。
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