一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶
阅读说明：本技术 一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶 (Bonding method of embedded sensor for rotor blade and rotor blade ) 是由 周国臣 韩东 刘政 林长亮 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶,涉及旋翼桨叶动载荷技术领域,能够提高旋翼桨叶动载荷测试数据的可靠性,且易于长时间使用。本发明包括：采用上层胶膜(3)和下层胶膜(5)夹持光纤光栅传感器(2),其中,上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中嵌入有支撑载体；将光纤光栅传感器(2)固定在旋翼桨叶(1)的内部,且对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置；调整上层胶膜(3)和下层胶膜(5),与光纤光栅传感器(2)在旋翼桨叶(1)内部的铺放轨迹相同；将旋翼桨叶(1)通过加温模压固化成形。本发明适用于旋翼桨叶动载荷测试。(The embodiment of the invention discloses a bonding method of an embedded sensor for a rotor blade and the rotor blade, which relate to the technical field of dynamic load of the rotor blade, can improve the reliability of the test data of the dynamic load of the rotor blade and are easy to use for a long time. The invention comprises the following steps: the fiber grating sensor (2) is clamped by an upper-layer adhesive film (3) and a lower-layer adhesive film (5), wherein a support carrier is embedded in the upper-layer adhesive film (3) and the lower-layer adhesive film (5); fixing the fiber bragg grating sensor (2) in the rotor blade (1) and corresponding to a designated position below the blade surface skin (4); adjusting an upper-layer adhesive film (3) and a lower-layer adhesive film (5) to be the same as the laying track of the fiber grating sensor (2) in the rotor blade (1); the rotor blade (1) is formed by heating, mould pressing and curing. The invention is suitable for testing the dynamic load of the rotor blade.)
技术领域
本发明涉及旋翼桨叶动载荷测试技术领域，尤其涉及一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶。
背景技术
对直升机旋翼桨叶动的载荷测量，是制定旋翼桨叶载荷谱并确定桨叶寿命的重要依据，也是直升机旋翼桨叶使用状态监控的有效方法。目前，直升机旋翼桨叶动载荷测量使用的是传统的应变片式传感器测量方法，该方法将应变片粘贴在桨叶的表面指定的位置，在直升机飞行过程中，通过监测应变片的阻值变化，得到直升机旋翼桨叶特定位置所受的结构载荷。
在实际应用中，应变片传感器粘贴在桨叶的外表面，一般使用快干胶粘贴在桨叶需要测量载荷的位置，应变片传感器通过金属导线传输电源和信号，为了降低连接导线的功率损坏和失真，一般应变传感器的连接金属导线(包括塑料保护层)直径＞1mm，应变片连接导线需要形成一束并沿着桨叶的展向汇集到桨叶根部，由于桨叶在飞行中产生振动，为了保证应变片和连接导线的可靠粘接和连通，一般采用结构胶将应变片和连接导线完全覆盖，牢固的固定在旋翼桨叶的外表面，确保应变片和连接导线在飞行测量过程中不出现开胶和脱落。
但是，在桨叶表面增加应变片和连接导线及结构胶，会对旋翼桨叶的气动外形有一定影响，同时旋翼桨叶的质量分布特性也略有改变。旋翼桨叶气动外形和质量特性的改变，会导致旋翼桨叶飞行实测载荷的准确性有一定的降低。因此，在长时间的测试过程中，由于桨叶旋转导致表面的应变片和连接导线的形变，最终增大了测试数据的误差，并且长时间测试后，应变片、连接导线和结构胶也会出现松动、脱落的现象，难以实现更长时间的测试。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶，能够提高旋翼桨叶动载荷测试数据的可靠性，且易于长时间使用。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供的方法，包括：
采用上层胶膜(3)和下层胶膜(5)夹持光纤光栅传感器(2)，其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中嵌入有支撑载体；将光纤光栅传感器(2)固定在旋翼桨叶(1)的内部，且对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置；调整上层胶膜(3)和下层胶膜(5)，与光纤光栅传感器(2)在旋翼桨叶(1)内部的铺放轨迹相同；将旋翼桨叶(1)通过加温模压固化成形。
旋翼桨叶(1)采用复合材料，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)采用与旋翼桨叶(1)的复合材料具有相同的基体材料树脂体系，并且具有相同的固化温度和时间特性。
所述将旋翼桨叶(1)通过加温模压固化成形，包括：在旋翼桨叶(1)加温模压的过程中，将上层胶膜(3)和下层胶膜(5)所含的固态树脂融化为胶液；通过融化出的胶液，填补光纤光栅传感器(2)附近的局部贫胶区域。
将桨叶成形模具置于振动台上并进行加温模压；在上层胶膜(3)和下层胶膜(5)所含的固态树脂融化为胶液后，触发振动台振动或者按照指定的倾角旋转。
上层胶膜(3)和下层胶膜(5)的内部支撑载体为棉质材料；所述支撑载体编织成网格状。
在上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中的支撑载体，所占的重量含量小于每一层胶膜的5％。
所述调整上层胶膜(3)和下层胶膜(5)，与光纤光栅传感器(2)在旋翼桨叶(1)内部的铺放轨迹相同，包括：在桨叶成形模具中，铺放旋翼桨叶(1)的表面蒙皮布后，将上层胶膜(3)和下层胶膜(5)夹持的光纤光栅传感器(2)，按照规定的轨迹路径，铺放在对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置；继续铺放旋翼桨叶(1)的组成结构，之后加温模压固化成形。
第二方面，本发明的实施例提供的旋翼桨叶，包括：
光纤光栅传感器(2)固定在旋翼桨叶(1)的内部，且对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置；光纤光栅传感器(2)被上层胶膜(3)和下层胶膜(5)加温模压固化成形后的固态树脂所覆盖；其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)采用与旋翼桨叶(1)的复合材料具有相同的基体材料树脂体系，并且具有相同的固化温度和时间特性。
其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)的内部支撑载体为棉质材料。在上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中的支撑载体，所占的重量含量小于每一层胶膜的5％。
本发明实施例提供的用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法及旋翼桨叶，在复合材料旋翼桨叶动载荷测量的埋入式光纤光栅传感器的定位粘接方法，其方法包含：利用上、下两层具有一定宽度的带支撑载体胶膜将光纤光栅传感器夹持在中间，利用该胶膜的特性将光纤光栅传感器准确定位在直升机复合材料旋翼桨叶内部指定位置，并使光纤光栅传感器保持理想的形状，实现可靠的直升机复合材料旋翼桨叶动载荷测量。从而在实际应用中，能够很好的在直升机旋翼桨叶内定位埋入光纤光栅传感器，旋翼桨叶动载荷测试数据真实可靠，且易于长时间使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的，埋入光纤光栅传感器的直升机复合材料旋翼桨叶示意图；
图2为本发明实施例提供的，埋入光纤光栅传感器的直升机复合材料旋翼桨叶***示意图；
图3为本发明实施例提供的，埋入光纤光栅传感器的直升机复合材料旋翼桨叶根部局部***示意图；
图4为本发明实施例提供的，埋入光纤光栅传感器的直升机复合材料旋翼桨叶典型剖面***示意图；
其中，1表示旋翼桨叶，2表示光纤光栅传感器，3表示上层胶膜，4表示桨叶表层蒙皮，5表示下层胶膜。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例的设计目的是：提出一种用于直升机复合材料旋翼桨叶动载荷测量的埋入式光纤光栅传感器的定位粘接方法，该方法可以确保埋入式光纤光栅传感器准确的在桨叶内部定位，并保持最接近直线的形状，监控测量的直升机飞行时旋翼桨叶载荷更真实准确。
本发明实施例提供一种用于旋翼桨叶的埋入式传感器的粘接方法，如图1-4所示的，包括：
采用上层胶膜(3)和下层胶膜(5)夹持光纤光栅传感器(2)，其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中嵌入有支撑载体。
将光纤光栅传感器(2)固定在旋翼桨叶(1)的内部，且对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置。
调整上层胶膜(3)和下层胶膜(5)，与光纤光栅传感器(2)在旋翼桨叶(1)内部的铺放轨迹相同。
将旋翼桨叶(1)通过加温模压固化成形。
其中，光纤光栅传感器是通过检测波长的变化量来检测确定温度、应变等的物理量变化。光纤光栅传感器由纤芯、包层和涂覆层组成，光纤纤芯的主要成分为二氧化硅，此外含有极微量的二氧化锗，用以提高纤芯的折射率，与包层形成全内反射条件将光限制在纤芯中，用于刻写光栅的单模光纤其纤芯直径为9微米，包层主要成分也为二氧化硅，直径为125微米。涂覆层一般为环氧树脂、聚酰亚胺、硅橡胶等高分子材料，外径为250微米，用于增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性。光纤光栅传感器以光信号为测量信号源，抗电磁干扰能力强，测量精度高，单根光纤可实现对多个节点的应变的在线测量。光纤光栅传感器具有广泛的用途和使用需求。光纤光栅应变传感器相比传统的电阻式应变传感器具有非常大的优势。
本实施例中，旋翼桨叶(1)、上层胶膜(3)、桨叶表层蒙皮(4)和下层胶膜(5)，都采用符合材料。旋翼桨叶(1)采用复合材料，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)采用与旋翼桨叶(1)的复合材料具有相同的基体材料树脂体系，并且具有相同的固化温度和时间特性。例如：胶膜(3)(5)具有与复合材料旋翼桨叶(1)使用的复合材料具有相同的基体材料树脂体系，并具有相同的固化温度和时间特性。复合材料的旋翼桨叶(1)在加温模压固化过程中，其所含的固态树脂会融化成胶液流动，并在固化过程结束时与增强纤维材料一同形成稳定的固态形式，在这个过程中，复合材料旋翼桨叶(1)的内部往往会出现局部胶液少的贫胶现象出现，这也是复合材料产品具有的普遍现象。
进一步的，所述将旋翼桨叶(1)通过加温模压固化成形，包括：在旋翼桨叶(1)加温模压的过程中，将上层胶膜(3)和下层胶膜(5)所含的固态树脂融化为胶液通过融化出的胶液，填补光纤光栅传感器(2)附近的局部贫胶区域。
具体的，在复合材料旋翼桨叶(1)加温模压过程中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)所含的固态树脂会融化成胶液流动，并填补复合材料旋翼桨叶(1)内部埋入的光纤光栅传感器(2)附近的复合材料局部贫胶区域，从而改善光纤光栅传感器(2)测量载荷位置的复合材料旋翼桨叶(1)的制造质量，保证光纤光栅传感器(2)与复合材料旋翼桨叶(1)的复合材料结构附着粘接效果最佳，并监控测量真实有效的复合材料旋翼桨叶(1)载荷。
上层胶膜(3)和下层胶膜(5)具有支撑载体，在复合材料旋翼桨叶(1)加温模压固化过程中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)的固态树脂会变成胶液并流动，但胶膜(3)(5)内含的支撑载体不会移动，并且胶膜(3)(5)的支撑载体与光纤光栅传感器(2)之间的相对位置能够保持不变，因此具有支撑载体的胶膜(3)(5)能够在复合材料旋翼桨叶(1)加温模压固化过程中保证了光纤光栅传感器(2)的定位。
在优选方案中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)的内部支撑载体为棉质材料。支撑载体编织成网格状。在上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中的支撑载体，所占的重量含量小于每一层胶膜的5％。其中，在胶膜(3)(5)中所占的重量含量应小于5％，这样对复合材料旋翼桨叶(1)的局部剖面特性如刚度、质量特性等影响几乎可以忽略不计。
进一步的采用的胶膜(3)(5)具有一定的宽度，使胶膜(3)(5)的融化胶液能足够填补复合材料旋翼桨叶(1)内部复材贫胶缺陷，并确保光纤光栅传感器(2)的定位粘接。例如：采用SD-24YII型带支撑载体环氧树脂中温胶膜，按照指定的位置和轨迹路径剪裁成10mm宽的长条带状2条，分别在上、下夹持光纤光栅传感器。
在本实施例中，所述调整上层胶膜(3)和下层胶膜(5)，与光纤光栅传感器(2)在旋翼桨叶(1)内部的铺放轨迹相同，包括：
在桨叶成形模具中，铺放旋翼桨叶(1)的表面蒙皮布后，将上层胶膜(3)和下层胶膜(5)夹持的光纤光栅传感器(2)，按照规定的轨迹路径，铺放在对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置。继续铺放旋翼桨叶(1)的组成结构，之后加温模压固化成形。
其中，加温模压成形复合材料旋翼桨叶过程中，在桨叶成形模具中铺放第一层表面蒙皮布后，将用胶膜夹持的光纤光栅传感器按照规定的轨迹路径铺放在桨叶内部指定的位置。然后继续铺放桨叶的其他结构，并加温模压共固化成形，完成埋入式光纤光栅传感器的定位粘接。
本实施例可以应用在光纤光栅应变传感器测量直升机旋翼桨叶动载荷的场景中，大致思路在于：提供一种在直升机复合材料旋翼桨叶动载荷测量的埋入式光纤光栅传感器的定位粘接方法，其方法包含：利用上、下两层具有一定宽度的带支撑载体胶膜将光纤光栅传感器夹持在中间，利用该胶膜的特性将光纤光栅传感器准确定位在直升机复合材料旋翼桨叶内部指定位置，并使光纤光栅传感器保持理想的形状，实现可靠的直升机复合材料旋翼桨叶动载荷测量。
通过上述方法，可以加工得到一种旋翼桨叶，如图1-4所示的，包括：
光纤光栅传感器(2)固定在旋翼桨叶(1)的内部，且对应桨叶表面蒙皮(4)下方的指定位置。
光纤光栅传感器(2)被上层胶膜(3)和下层胶膜(5)加温模压固化成形后的固态树脂所覆盖。
其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)采用与旋翼桨叶(1)的复合材料具有相同的基体材料树脂体系，并且具有相同的固化温度和时间特性。
其中，上层胶膜(3)和下层胶膜(5)的内部支撑载体为棉质材料。在上层胶膜(3)和下层胶膜(5)中的支撑载体，所占的重量含量小于每一层胶膜的5％。
本实施例的优点在于：采用带支撑载体的胶膜夹持光纤光栅传感器埋入直升机复合材料旋翼桨叶内部，能够保证光纤光栅传感器与复合材料旋翼桨叶内部复材良好粘接，并能够准确定位。保证了监控测量直升机复合材料旋翼桨叶载荷的准确性和真实性。
同时，由于采用带支撑载体的胶膜作为直升机复合材料旋翼桨叶埋入光纤光栅传感器的中间材料，其对复合材料旋翼桨叶刚度、质量等桨叶重要剖面特性几乎没有影响，在光纤光栅传感器有效测量载荷的同时，也没有改变被测量体的固有特性。
光纤光栅传感器预埋在直升机旋翼桨叶内部，不影响旋翼桨叶外表面形状和旋翼桨叶的气动特性，测量的旋翼桨叶飞行载荷更加准确。而且光纤光栅传感器预埋在旋翼桨叶内部可以长期工作，能够实现对桨叶性能的长期监控测量，能够提高复合材料旋翼桨叶的使用寿命，并对意外情况及时反馈，保证使用安全。
因此本实施例在实际应用中，能够很好的在直升机旋翼桨叶内定位埋入光纤光栅传感器，旋翼桨叶动载荷测试数据真实可靠，且易于长时间使用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。