飞行器智能结构系统的集成研究

本项目将以智能结构在飞行器上的应用为牵引，以申请单位和合作单位长期积累的有关飞行器智能结构的研究成果和经验为基础，并把握国内外最新研究进展，研究飞行器智能结构系统集成中的关键科学问题。重点研究两类智能结构系统的集成：健康监测智能结构和流场控制智能结构。着重解决：1. 智能结构系统集成中的综合管理及协作、满足机载要求的设计方法、规范化功能元件集成方法等共性问题；2. 健康监测智能结构系统集成中载荷－结构－损伤－传感器－监测系统的建模、大尺寸和复杂结构形式下的传感、监测策略、结构损伤的参数提取、优化与评估方法、系统的管理与信息融合方法；3. 流场控制智能结构系统集成中的蒙皮及构型设计方法、传感和复合高效驱动机理、前后缘自适应变体结构与机翼刚性盒段结构的集成、翼面流场的主动控制理论和方法等问题；同时进行典型飞行器智能结构系统的集成与功能验证，为我国军民用飞机的自主研制提供技术储备和支持。

项目开展飞行器智能结构系统的集成研究，创新成果如下：1）针对资源严格受限下多部件的并行监测难题，提出结构的分布式、轻量化监测及其能量自供给方法，发明了系列结构监测用无线传感网络节点，提出网络的修复方法，提出了增强型同步开关ESSH能量回收技术，回收效率明显提高；2）突破航空结构大尺寸、高可靠性监测难题，发明了柔性压电智能夹层传感器阵列实现方法及压电结构大面积健康扫查方法，研发世界上首套压电结构健康监测集成扫查系统，并形成系列，扫查面积比常规方法提高10倍以上，扫查速率提高3倍以上；3）针对复杂结构形式的航空结构损伤监测，发现了基于声学互易原理的结构弹性波频散补偿效应，建立弹性波时间反转合成机制，实现结构微弱损伤信号的聚焦增强，显著提高了损伤成像的准确性，大型复合材料盒段上脱层损伤的分辨率达直径2cm，冲击定位误差≤±2cm；4）针对多种结构损伤的关联诊断难点，提出了协作型结构健康监测与损伤评估机制，提出了健康监测系统主体实现方法、体系架构、本体和推进器实现方法、基于协作和共享方法的社会行为和学习行为机制，通过协同监测和评估提高了损伤诊断准确性；5）成功合成了可回复变形率达到200%的苯乙烯基形状记忆聚合物材料，实现了基于形状记忆聚合物的可变性机翼前缘结构的集成，最大变形可达20°；6）分别提出柔性结构单元和可变形蜂窝结构及基于上述单元结构的的柔性蒙皮实现方法，研制了伸缩式充压管驱动器、压电叠堆泵驱动器及其分布式驱动系统,实现了大驱动力和驱动位移，以某无人机机翼为对象，实现了基于柔性结构单元和可变形蜂窝的2种后缘变弯度机翼集成。. 发表学术论文100余篇，其中SCI收录32篇、EI收录41篇、ISTP收录7篇；共申请国家发明专利36项，其中已授权18项，获软件著作权7项，鉴定成果3项，获国防技术发明二等奖1项；申请并获得欧盟第七框架国家合作项目，主办3次国际会议，国际会议大会报告、大会副主席、分会主席、科学委员会及组委会成员近20余次，出国学术交流15人次，邀请国外专家来华交流20余人次；培养博士生28人，其中已毕业18人，培养硕士生近60人，已毕业34人、论文已送审17人。2人入选国家杰出青年基金、1人入选“千人计划”、2人入选教育部“新世纪优秀人才计划”。成果已在先进战机、大型运输机、大型民机等多个国家航空重点型号工程中应用；填补了技术空白。