基于光纤光栅的飞机进气道流场动态压力检测技术研究

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进气道作为飞机的“呼吸系统”,是保证航空发动机正常工作的重要部件之一。流场动态压力是进气道的优化设计和健康监测中一项十分重要的参数,随着超音速飞行器的快速发展和航空测试计量标准的提高,传统的动态压力测量技术在频率响应、分布式测量等方面效果欠佳,而光纤光栅作为一种新型的光纤传感器,具有体积小、易复用、可植入等特点,在进气道流场压力检测中表现出巨大优势。本文首次提出将光纤光栅传感技术应用到飞机进气道流场动态压力检测之中,旨在研究一种测量进气道动态压力参数的光纤光栅检测方案,并对其检测效果进行实验验证,本文的主要研究内容如下:(1)在研究光纤光栅传感和进气道流场压力检测相关理论的基础上,构建了基于光纤光栅的进气道流场动态压力检测系统。根据流场的分布特点,设计了光纤光栅传感网络,传感器网络采用多个光纤布拉格光栅传感器阵列的形式,每个传感器阵列再根据流场的分布规律非等间隔分布,继而根据光纤光栅传感器和进气道模型的特点,提出了一种凹槽-聚合物封装的方式,对传感器进行封装布设。(2)开展了压力检测性能验证实验。控制风洞的风速使进气道流场发生周期性变化,通过布设在进气道中的光纤光栅传感网络对流场的压力变化进行监测,实验结果表明光纤光栅传感器能够有效反映流场的动态压力变化,并且可以通过传感网络实现准分布式压力检测。(3)对进气道流场动态压力特征检测方法进行了研究,参考超音速实验中的节流过程,设计了低速风洞进气道节流实验,得到了包含压力突变、脉动等多种特征的非平稳信号;利用小波变换的多分辨率分析特性,对流场动态变化的奇异性特征进行识别与检测,实现了信号低频特征和高频特征的分离。根据上述理论及实验研究,说明利用光纤光栅传感器来检测飞机进气道流场动态压力是一种切实可行的方法。
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