模块化物联网多功能传感系统和数据管道的设计,用于数字双胞胎导向的实时飞机结构健康监测
Shengkai Guo1, Andrew West2, Jan Papuga3
1Department of Aeronautical and Automotive Engineering, Loughborough University, Loughborough LE11 3TU, UK.
Sensors (Basel, Switzerland)
|November 13, 2025
概括
本研究介绍了一种模块化,多功能传感系统,用于实时监测飞机结构. 飞行测试证实1000Hz的采样速率对于准确的疲劳寿命估计和故障检测至关重要.
科学领域:
- 航空航天工程 航空航天工程
- 结构健康监测 结构健康监测
- 物联网 (IoT) 的物联网 (IoT) 的物联网.
背景情况:
- 持续实时监测飞机结构性能对于安全和维护至关重要.
- 现有的系统可能缺乏用于全面分析所需的多传感器,多位置功能.
- 物联网 (IoT) 范式为开发先进监控解决方案提供了一个框架.
研究的目的:
- 设计和评估一个模块化,多功能传感 (MMFS) 系统,用于在飞行过程中持续实时监测飞机结构性能.
- 集成各种传感器来检测潜在的飞行中的故障,并估计剩余的有用使用寿命.
- 通过真实飞行测试和实验室实验来验证系统的性能.
主要方法:
- 开发一个集微控制器与应变,加速,振动和温度传感器的MMFS系统.
- 实施阻力应变仪网络,压电传感器,加速度计和热敏电阻器.
- 在Evektor的Cobra VUT100i和SportStar RTC飞机上进行真实飞行测试.
- 实验室评估使用Instron液压250 kN机器进行应力/应变实验.
主要成果:
- 实时飞行测试数据分析表明,为了最佳的数据表示和疲劳寿命估计,需要1000Hz的采样速率.
- MMFS系统成功获取并处理了与飞行期间飞机结构性能相关的数据.
- 实验室测试验证了原型在代表性压力/应变条件下的性能.
结论:
- 开发的MMFS系统为持续的,实时的飞机结构健康监测提供了可行的解决方案.
- 建议采用1000Hz的采样速率来平衡数据准确性和疲劳寿命分析的准确性.
- 该系统展示了通过早期检测故障和改进使用寿命估计来提高飞机安全的潜力.
