无人机结构健康监测用智能组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无人机结构健康监测用智能组件，包括结构体、应变监测单元、裂纹损伤监测单元和疲劳寿命监测单元共四个组成部分。其中结构体采用双孔双对称平行梁结构进行高精度应变测量，通过优化组合，新型结构重量同无智能监测功能的原结构相当，结构安全系数优于原结构，通过应力集中效应进行疲劳寿命测量，从而提高结构可靠性，且满足应变、损伤及寿命预测的测量要求，实现了无人机结构材料的智能感知和安全预判功能，扩展了无人机健康监测系统功能，降低了运行风险。

Intelligent components for unmanned aerial vehicle structure health monitoring

The utility model discloses an intelligent component for unmanned aerial vehicle structure health monitoring, which consists of four components: a structure, a strain monitoring unit, a crack damage monitoring unit and a fatigue life monitoring unit. The structure of the structure is used to measure the high precision strain by the double hole and double symmetric parallel beam structure. Through the optimization combination, the weight of the new structure is equivalent to the original structure without the intelligent monitoring function. The structural safety factor is better than the original structure. The fatigue life measurement is carried out by the stress concentration effect. The structural reliability is improved and the strain satisfies the strain. For the measurement of damage and life prediction, the intelligent perception and security prejudging function of the unmanned aerial vehicle structure materials have been realized, and the function of the UAV health monitoring system is extended, and the operation risk is reduced.

【技术实现步骤摘要】
无人机结构健康监测用智能组件
本技术属于飞机结构健康监测领域，涉及一种解决无人机结构健康状态监测的智能结构组件。
技术介绍
中国是无人机制造业的世界领导者，并正在崛起成为世界级的创新者，随着军民融合的大发展，目前国内无人机已经在测绘、航拍、巡线、架线、勘探、防火、灭火、公安巡检、森林防护、动态监控、农业植保、城市管理等领域得到广泛应用。据不完全统计，我国有400多家公司或单位从事无人机研发、生产和销售。国内民用无人机，尤其是消费级无人机已走在世界前列。然而，近年来国内连续发生多起无人机威胁，实际上，小型无人机的失控以及坠毁迄今为止比起有人飞机已经越来越普遍。因此，对使用中的无人机机体结构进行完整性和健康状况检查，防止形成灾难性的故障，已经成为当今一个重要并急需的课题，而目前国内尚无该项研究的先例，也无相关专利技术。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种无人机结构健康监测用智能组件，解决无人机结构健康监测系统中主体结构的智能感知和智能判断功能，满足机体结构自我诊断和寿命预测，确保无人机系统可靠安全运营。本技术的技术方案如下：一种无人机结构健康监测用智能组件，其特征在于:包括结构体、应变监测单元、裂纹损伤监测单元和疲劳寿命监测单元，所述的结构体为双对称双孔平行梁结构，在结构体指定区域贴装有相应的监测单元，各监测单元同结构体之间通过柔性印制监测电路进行电气连接，结构体一端固定在无人机机体上，另一端作为施加升降运行力的施力端，用于安装无人机旋翼动力部分，以满足无人机飞行任务的正常运行。上述无人机结构健康监测智能组件中，应变监测单元由八片电阻应变计组成,八片电阻应变计对称分布在双对称双孔平行梁上下外表面，通过电阻应变效应进行高精度应变测量。上述无人机结构健康监测智能组件中，裂纹损伤监测单元由四组损伤监测智能薄膜材料组成，四组损伤监测智能薄膜材料对称分布在双对称双孔平行梁上下外表面，通过伏安特性进行损伤严重程度以及损伤位置判断。上述无人机结构健康监测智能组件中，损伤监测智能薄膜材料包括聚酰亚胺基底、纳米合金薄膜敏感层和三防保护层，包含纵横排列的电阻阵列进行损伤监测及位置判断。上述无人机结构健康监测智能组件中，疲劳寿命监测单元由八片疲劳寿命计组成，八片疲劳寿命计对称分布在双对称双孔平行梁上下内表面，通过应力集中效应对结构体疲劳寿命进行预测。上述无人机结构健康监测智能组件中，所述的结构体长度不大于220mm，宽度为20mm～38mm，主要弹性梁厚度不大于12mm，最大应变区域厚度约1mm，应变监测单元、裂纹损伤监测单元总厚度不超过0.2mm，不影响结构体的替代安装，可无损更换原结构体，提高无人机性能。上述无人机结构健康监测智能组件中，各监测单元同结构体之间采用双组分环氧胶进行可靠贴装，通过柔性印制电路(FPC)进行电气连接。上述无人机结构健康监测智能组件中，应变监测单元、裂纹损伤监测单元和疲劳寿命监测单元均优选聚酰亚胺薄膜材料作为基底，光刻智能敏感膜层进行参数测量，全密封防护结构组成。上述无人机结构健康监测智能组件中，结构体制作材料优选高强度的铝合金材料7A04。与现有技术相比，本技术具有以下的优点和技术效果：1、本技术通过表面贴装工艺将应变监测单元、裂纹损伤监测和寿命监测单元贴装到新型双孔平行梁结构体上，产品可移植性强，精度高，强度好，同时具有了高可靠性、高精度的应变监测、裂纹损伤监测和寿命预测等智能化功能。该智能组件满足常温、常压环境使用，耐温、防潮、抗干扰能力强。利于无人机各种环境条件下的正常运行，从而推进了无人机智能化的发展进程，提升无人机系统自我诊断和安全运营的能力。2、本技术同常规无智能监测功能结构相当，不增加机体负担，结构安全系数优于原结构，更加安全可靠。结构体主要应力集中处理，方便有效进行应力应变等参数测量。3、本技术的结构体上设置了双对称的双孔平行梁结构，结构弹性梁上的应变分布一致，应力集中区域明显，增加了系统的测量灵敏度和测试精度。使得无人机结构体的应力应变测量准确无误，达到了应用要求，且不同负载的无人机可通过改变结构体的主要尺寸适应，具有广泛的适用性。4、本技术的各监测单元同结构体之间采用双组分环氧胶粘剂进行可靠贴装，通过柔性印制电路进行电气连接，一方面保证了连接可靠性，同时减小了几何尺寸，减低了各组成部分对结构体本身的影响，确保了产品的可移植性，方案切实可行。5、本技术的监测单元采用分组贴装方式，通过打磨、粘贴、固化、防护等多步工序，与结构体紧密结合在一起，既提高了产品性能，同时增大了产能，降低了成本。附图说明图1-1是本技术一个具体实施例的结构示意图。图1-2是图1-2的局部放大俯视示意图。图1-3是图1-2的侧示意图。图2-1是本技术各单元的布局俯视示意图。图2-2是图2-1的侧视示意图。图3-1是本技术四阻值惠斯通电桥电路示意图。图3-2是本技术八阻值惠斯通电桥电路示意图。图4是本技术裂纹监测智能结构示意图。附图标记如下：1－结构体，2－应变监测单元，3－损伤监测单元；4－寿命监测单元；RY1～RY8为8组电阻应变计；RS1～RS4为4组损伤检测智能材料；RP1～RP8为疲劳寿命测量计。具体实施方式以下将结合附图对本
技术实现思路
做进一步说明，但本技术的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。如图1-1、图1-2、图1-3所示的无人机结构健康监测智能组件，包括结构体1、应变监测单元2、裂纹损伤监测单元3和疲劳寿命监测单元4。结构体1制作材料优选7A04超硬铝合金。结构体1两端为双对称双孔平行梁结构，梁的主要部分贴装有应变监测单元2、梁表面部位贴装有裂纹损伤监测单元3、疲劳寿命监测单元4。各个监测单元优选双组分环氧胶进行可靠贴装，各监测单元同结构体1之间通过柔性印制电路(FPC)进行电气连接。结构体1一端固定在无人机主体结构上，另一端安装动力旋翼，通过结构体1对无人机机施加动力。各监测单元安装于结构传力路径上，并通过优化组合，达到高精度测量的目的。作为一种优选方式，结构体1采用铝－锌－镁－铜系热处理强化铝合金材料，牌号为7A04铝合金，该合金强度高于一般硬铝，塑性较低，对应力集中作用的敏感性强，满足高精度测量需求，组成的结构安全系数大于10，安全可靠。应变监测单元2采用BA系列聚酰亚胺基底、全密封结构电阻应变计，具有温度自补偿、延伸率高、耐热性好等优点。裂纹损伤监测单元3和疲劳寿命监测单元4通过特殊定制满足高精度、高可靠性的测量需求。各敏感检测单元同结构体1之间采用H-610高性能双组份环氧树脂胶粘剂进行可靠贴装，该胶粘剂具有蠕变小、滞后低、重复性好、粘度低、工作温度范围宽等特点。作为一种优选方式，如图1所示，结构体1的两端采用双对称的双孔平行梁结构，主要应变区外露在梁的表面上，通过贴装应变监测单元2对应力应变信号进行实时测量。应变监测单元2将结构变形转换成自身的电阻变化，通过惠斯通电桥电路转换为电信号输出，从而达到应变电测的目的，如图3-1和图3-2所示，惠斯通电桥电路包含四阻值和八阻值两种情况。结构体1两端采用均布螺纹孔连接，方便同其它组件的固定安装。结构体1长度不大于220mm，宽度20mm～38mm；主要结构梁厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机结构健康监测智能组件，其特征在于:包括结构体(1)、应变监测单元(2)、裂纹损伤监测单元(3)和疲劳寿命监测单元(4)，所述的结构体(1)为双对称双孔平行梁结构，在结构体(1)指定区域贴装有相应的监测单元，各监测单元同结构体(1)之间通过柔性印制监测电路进行电气连接，结构体(1)一端固定在无人机机体上，另一端作为施加升降运行力的施力端，用于安装无人机旋翼动力部分，以满足无人机飞行任务的正常运行。

【技术特征摘要】
1.一种无人机结构健康监测智能组件，其特征在于:包括结构体(1)、应变监测单元(2)、裂纹损伤监测单元(3)和疲劳寿命监测单元(4)，所述的结构体(1)为双对称双孔平行梁结构，在结构体(1)指定区域贴装有相应的监测单元，各监测单元同结构体(1)之间通过柔性印制监测电路进行电气连接，结构体(1)一端固定在无人机机体上，另一端作为施加升降运行力的施力端，用于安装无人机旋翼动力部分，以满足无人机飞行任务的正常运行。2.根据权利要求1所述的无人机结构健康监测智能组件，其特征在于：应变监测单元(2)由八片电阻应变计组成,八片电阻应变计对称分布在双对称双孔平行梁上下外表面，通过电阻应变效应进行高精度应变测量。3.根据权利要求1所述的无人机结构健康监测智能组件，其特征在于：裂纹损伤监测单元(3)由四组损伤监测智能薄膜材料组成，四组损伤监测智能薄膜材料对称分布在双对称双孔平行梁上下外表面，通过伏安特性进行损伤严重程度以及损伤位置判断。4.根据权利要求1所述的无人机结构健康监测智能组件，其特征在于：疲劳寿命监测单元(4)由八片疲劳寿命计组成，八片疲劳寿命计对称分布在双对称双孔平行梁上下内表面，通过应力集中效应对结构体疲劳寿命进行预测。5.根据权利要求1所述的无人机结构健康监测智...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明诚，邓勇生，余坤锋，高罗强，张苗，
申请(专利权)人：陕西电器研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61