王軍朋

在電視劇中，經(jīng)?？吹接t(yī)為娘娘、公主們?cè)\病，不能直接望、聞、問(wèn)、切，只能用絲線一端固定在病人的脈搏上，御醫(yī)通過(guò)絲線另一端的脈象診治病情，俗稱“懸絲診脈”。

古時(shí)的“懸絲診脈”不知是真是假，而今，確切的“懸絲診脈”已重現(xiàn)江湖。

在航空領(lǐng)域，為了解決“內(nèi)傷診斷，防止帶病上場(chǎng)”的問(wèn)題，美軍在F-35研制任務(wù)中明確了故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）的技術(shù)要求。隨后，世界各國(guó)相繼在不同型號(hào)飛機(jī)研制中也提出PHM的技術(shù)要求，一時(shí)間，PHM成為世界各國(guó)航空領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而結(jié)構(gòu)PHM作為飛機(jī)PHM的重要組成部分，其重要實(shí)施途徑正是傳說(shuō)中的“懸絲診脈”，官名為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是指利用與結(jié)構(gòu)集成一起的傳感器或驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的綜合技術(shù)。通過(guò)傳感器及網(wǎng)絡(luò)采集與結(jié)構(gòu)健康相關(guān)的參數(shù)信號(hào)，建立結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)特征參數(shù)與傳感器信號(hào)之間的關(guān)系模型，從而獲取結(jié)構(gòu)的狀態(tài)信息（如應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、損傷等），再結(jié)合先進(jìn)的力學(xué)建模方法和結(jié)構(gòu)耐久性/損傷容限分析技術(shù)，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的壽命和損傷狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)可以使飛機(jī)結(jié)構(gòu)有效實(shí)施“視情維護(hù)”策略，對(duì)提高結(jié)構(gòu)效率和降低維護(hù)成本有巨大的應(yīng)用潛力。簡(jiǎn)而言之，就是利用聲光電磁等物理原理，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整性（大健康）監(jiān)測(cè)與評(píng)估的統(tǒng)稱。

中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所作為我國(guó)在航空領(lǐng)域開(kāi)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究較早的單位之一，針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)“內(nèi)傷”早期發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)診斷的工程需求，開(kāi)展了理論研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及創(chuàng)新性的技術(shù)探索等科研工作。通過(guò)十余年大量研究與試驗(yàn)，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)架構(gòu)與策略、傳感器技術(shù)工程適用性、結(jié)構(gòu)載荷/損傷監(jiān)測(cè)方法、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)儀器及集成等方面取得顯著進(jìn)步，并結(jié)合強(qiáng)度所飛機(jī)結(jié)構(gòu)地面試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展了多層級(jí)的技術(shù)驗(yàn)證和測(cè)試工作，目前部分研究成果已在飛機(jī)結(jié)構(gòu)地面試驗(yàn)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，“懸絲診脈”功力凸顯。下面就讓我們一起看看強(qiáng)度所“懸絲診脈”的過(guò)程及功效。

“懸絲診脈”之第一絲

——狀態(tài)監(jiān)測(cè)

主要采用光纖光柵傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度特征參量，再以應(yīng)變數(shù)據(jù)為輸入，反演結(jié)構(gòu)變形、載荷等實(shí)時(shí)狀態(tài)，可謂對(duì)飛機(jī)的第一診，確認(rèn)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)是否有異常/變化。

強(qiáng)度所在基于光纖光柵傳感的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵傳感器的工程應(yīng)用能力，建立了應(yīng)變—載荷關(guān)系測(cè)試方法和模型，建立了結(jié)構(gòu)應(yīng)變—變形模型，開(kāi)發(fā)了應(yīng)變—載荷數(shù)據(jù)處理及載荷監(jiān)測(cè)軟件，已在地面試驗(yàn)中應(yīng)用，并在運(yùn)營(yíng)飛機(jī)、地鐵中拓展應(yīng)用。

“懸絲診脈”之第二絲

——損傷監(jiān)測(cè)

主要采用導(dǎo)波和聲發(fā)射傳感技術(shù)，利用壓電效應(yīng)和聲發(fā)射現(xiàn)象，采集損傷特征信號(hào)，通過(guò)損傷特征信號(hào)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，損傷監(jiān)測(cè)是對(duì)飛機(jī)第二診，可確認(rèn)結(jié)構(gòu)是否有損傷、損傷位置和損傷大小。

強(qiáng)度所在損傷監(jiān)測(cè)方面，按照由元件監(jiān)測(cè)試驗(yàn)建立基本特征信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)細(xì)節(jié)件、組合件等逐級(jí)試驗(yàn)來(lái)考慮連接形式、部位、幾何尺寸和環(huán)境等因素對(duì)信號(hào)的影響，進(jìn)而得到實(shí)際可應(yīng)用的損傷特征數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)路線，開(kāi)展了結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)研究。建立了基于導(dǎo)波和聲發(fā)射傳感技術(shù)的損傷監(jiān)測(cè)識(shí)別、定位及定量等相關(guān)算法判據(jù)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化分析軟件和兩代自主可控的導(dǎo)波損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建了典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，已在地面試驗(yàn)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)損傷的早期預(yù)警。

強(qiáng)度所在健康評(píng)估方面，以無(wú)損檢測(cè)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為輸入，開(kāi)展了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的健康評(píng)估方法研究，包括評(píng)估結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度和剩余壽命，國(guó)內(nèi)首次構(gòu)建了飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康診斷與壽命系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)在地面試驗(yàn)中的不斷測(cè)試與優(yōu)化，目前已在地面試驗(yàn)應(yīng)用。同時(shí)，以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，正在開(kāi)展基于健康監(jiān)測(cè)的飛機(jī)數(shù)字孿生技術(shù)研究。