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使用长周期布拉格光栅传感器系统的飞机机翼阻力优化

亚历克斯·卡泽米

飞机制造商对减少新一代飞机的燃油消耗非常感兴趣。降低燃油消耗的一项重要参数是提高空气动力效率。为了发挥这一潜力，人们已经研究了许多技术。最近，出现了一个新主题，即利用机翼灵活性进行形状优化，以减少诱导阻力。然而，这需要实时精确可靠地测量机翼弯曲和扭转。长周期光纤光栅（LPFG）是一种能够满足这些要求的候选技术。

在普通光纤中，纤芯和包层的折射率沿光纤长度不发生变化；然而，通过沿着光纤芯的长度引起折射率的周期性调制，就产生了光纤光栅。这表现出非常有趣的光谱特性，因此我们建议开发和集成基于长周期光纤光栅 (LPFG) 技术的分布式传感器网络，该技术的光栅周期约为 100 µm 至 1 mm，嵌入机翼部分实时测量飞机的弯曲和扭转，以测量商用飞机的机翼变形，从而带来巨大的好处，例如减轻结构重量、减轻诱导阻力和降低燃油消耗（占航空业总运营成本的 50%） 。

光纤传感器的测量能力与其他传感技术一样重要，但光学测量在重要方面有所不同。在本文中，我们重点关注 LPFG 传感器的测试和航空要求。我们讨论光纤传感器测量的航空标准基础以及测量的数量。

我们的主要目标是优化材料、机械、光学和环境要求的设计。我们讨论了 LPFG 传感器系统广泛测试的分析和评估，例如衰减、环境、湿度、液体浸入、温度循环、老化、烟雾、可燃性、抗冲击性、耐弯曲性、拉伸、磨损和冲击。