飛機結(jié)構(gòu)運用能量收集實現(xiàn)方案
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飛機老化是許多空難事故的主要原因，為了盡可能地避免災(zāi)難發(fā)生，所有飛機都須定期接受機身維護檢查。
大型機群的結(jié)構(gòu)疲勞曾經(jīng)是一個需要解決的嚴重問題，幸運的是，這個問題已經(jīng)解決了。通過進行更多的檢查、改進的結(jié)構(gòu)分析和跟蹤方法以及采用新的、創(chuàng)新性理念評估結(jié)構(gòu)的完整性，人們已經(jīng)解決了這個問題。這有時被稱為“飛機狀況監(jiān)視”。監(jiān)視飛機狀況的過程中采用了傳感器、人工智能和先進的分析方法，以連續(xù)、實時地評估飛機狀況。
聲發(fā)射檢測是定位和監(jiān)視金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的先進方法，它可以方便地診斷合成型飛機結(jié)構(gòu)的損壞。一個顯然的要求是，以簡單的“通過”、“未通過”形式指示結(jié)構(gòu)完整性，或者立即進行維修。這種檢測方法使用由壓電芯片構(gòu)成的扁平外形檢測傳感器和光傳感器，壓電芯片由聚合物薄膜密封。傳感器牢固地安裝到結(jié)構(gòu)體表面，通過三角定位能夠定位裝載有傳感器的結(jié)構(gòu)體的聲活動。然后用儀器捕捉傳感器數(shù)據(jù)，并以適合于窄帶存儲和傳送的形式用參數(shù)表示這些數(shù)據(jù)。
因此，無線傳感器模塊常常嵌入到飛機的各種不同部分，例如機翼或機身，以進行結(jié)構(gòu)分析。不過為這些傳感器供電可能很復(fù)雜，因此，如果以無線方式供電甚至實現(xiàn)自助供電，那么這些傳感器模塊可能更方便使用，效率也更高。在飛機環(huán)境中，存在很多“免費”能源，可用來給這類傳感器供電。兩種顯然的方法是熱能收集和壓電能收集。這兩種方法各有優(yōu)缺點，下面將進行更詳細的討論。
能量收集的基本原理
從溫差 (熱電發(fā)生器或熱電堆)、機械振動或壓力 (壓電或機電器件)和光 (光伏器件) 等可方便得到的物理來源產(chǎn)生電的換能器，對于很多應(yīng)用來說是可行的電源。眾多無線傳感器、遠端監(jiān)視器和其它低功率應(yīng)用正在變成接近“零”電源的設(shè)備，它們僅使用收集的能源。
盡管能量收集的概念已經(jīng)出現(xiàn)很多年了，但是在真實環(huán)境中實現(xiàn)的系統(tǒng)一直笨重、復(fù)雜并昂貴。不過，有些市場已經(jīng)采用了能量收集方法，其中包括運輸基礎(chǔ)設(shè)施、無線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測和樓宇自動化。
典型的能量收集配置或系統(tǒng) (由圖 1 所示的 4 個主要電路系統(tǒng)方框代表) 通常含有一個免費能源。這類能源的例子包括附在飛機發(fā)動機等發(fā)熱源上的熱電發(fā)生器 (TEG) 或熱電堆，或者附在飛機機架或機翼等機械振動源上的壓電換能器。
圖1 一個典型能量收集系統(tǒng)的 4 個主要方框
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