飛機結構運用能量收集實(shí)現方案
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。
大型機群的結構疲勞曾經(jīng)是一個(gè)需要解決的嚴重問(wèn)題,幸運的是,這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)解決了。通過(guò)進(jìn)行更多的檢查、改進(jìn)的結構分析和跟蹤方法以及采用新的、創(chuàng )新性理念評估結構的完整性,人們已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。這有時(shí)被稱(chēng)為“飛機狀況監視”。監視飛機狀況的過(guò)程中采用了傳感器、人工智能和先進(jìn)的分析方法,以連續、實(shí)時(shí)地評估飛機狀況。
聲發(fā)射檢測是定位和監視金屬結構中產(chǎn)生裂縫的先進(jìn)方法,它可以方便地診斷合成型飛機結構的損壞。一個(gè)顯然的要求是,以簡(jiǎn)單的“通過(guò)”、“未通過(guò)”形式指示結構完整性,或者立即進(jìn)行維修。這種檢測方法使用由壓電芯片構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構體表面,通過(guò)三角定位能夠定位裝載有傳感器的結構體的聲活動(dòng)。然后用儀器捕捉傳感器數據,并以適合于窄帶存儲和傳送的形式用參數表示這些數據。
因此,無(wú)線(xiàn)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(jìn)行結構分析。不過(guò)為這些傳感器供電可能很復雜,因此,如果以無(wú)線(xiàn)方式供電甚至實(shí)現自助供電,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(lái)給這類(lèi)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(diǎn),下面將進(jìn)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(dòng)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(lái)源產(chǎn)生電的換能器,對于很多應用來(lái)說(shuō)是可行的電源。眾多無(wú)線(xiàn)傳感器、遠端監視器和其它低功率應用正在變成接近“零”電源的設備,它們僅使用收集的能源。
盡管能量收集的概念已經(jīng)出現很多年了,但是在真實(shí)環(huán)境中實(shí)現的系統一直笨重、復雜并昂貴。不過(guò),有些市場(chǎng)已經(jīng)采用了能量收集方法,其中包括運輸基礎設施、無(wú)線(xiàn)醫療設備、輪胎壓力檢測和樓宇自動(dòng)化。
典型的能量收集配置或系統 (由圖 1 所示的 4 個(gè)主要電路系統方框代表) 通常含有一個(gè)免費能源。這類(lèi)能源的例子包括附在飛機發(fā)動(dòng)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(dòng)源上的壓電換能器。

圖1 一個(gè)典型能量收集系統的 4 個(gè)主要方框
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