嵌入光纤传感器的复合结构
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现代航天器和运载火箭的设计更倾向于降低系统级设计和组装的复杂性。为了在降低这些复杂性的同时保持较高的整体系统性能,使用智能材料和智能结构部件是一种众所周知的做法,目前越来越受到空间系统设计人员的关注。本文讨论了智能空间结构的概念,特别是用于航天器和运载火箭应用的嵌入光纤传感器 (OFS) 的碳纤维复合材料结构。本研究重点介绍了此类油箱的操作要求以及光纤传感器实现的智能功能。对于后者,对光纤布拉格光栅传感器 (FBG) 和基于光频域反射仪 (OFDR) 的分布式光纤传感器 (DOFS) 进行了定量比较,以说明它们的核心性能参数,例如灵敏度、传感范围、动态测量能力和空间分辨率。与传统电子传感器相比,光纤传感器在恶劣环境中的性能和可靠性提高,同时尺寸、质量和功耗降低。嵌入碳纤维结构的光纤传感器已证明其能够提供准确的实时温度测量和监测结构完整性,同时精确检测可能的破裂和故障点,如文献综述中讨论和展示的那样。光纤传感在智能推进剂储罐中的应用可能会扩展到检测流体泄漏,还可以通过温度映射提高推进剂计量的精度,并可用于地面鉴定、飞行前测试以及在轨运行、状况和结构健康监测。本文介绍了一种在复合材料压力容器中嵌入 FOS 的最佳方法,并讨论了光纤传感器的相关放置和定位方法,并结合了一个简化的单组分分析应力-应变传递模型,该模型推导出沿最大主方向(即 σ Max Principal )的应力分量。这种新方法被认为可用于在复合材料结构(例如航天器中的压力容器和轻质结构)中最佳地使用嵌入式 FOS。人们相信,简化的模型将为有效的数据解释和处理铺平道路,利用航天器上有限的计算资源。

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