[发明专利]一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法

说明书

本发明公开了一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，包括以下步骤：a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速‑方向曲线；b.根据波速‑方向曲线，确定用于泄漏定位的传感器阵列参数；c.在指定方向进行声源定向实验，对波速‑方向曲线进行修正；d.搭建泄漏定位检测系统，用传感器阵列采集泄漏信号；e.通过单个传感器阵列。本申请中，通过测量0‑360°各个方向的波速建立波速与方向的函数关系，并应用于传感器阵列参数设计，可针对所有对称结构的复合材料层合板结构的泄漏检测，符合未来各种工程中的材料应用趋势，对未来的结构健康监测具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及气体泄漏检测技术领域，尤其涉及一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法。

背景技术

复合材料是利用先进材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，虽然其发展时间较短，但相对比金属材料等传统材料，复合材料具有比强度高、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好等诸多优点，其发展趋势十分迅速，已经应用在了航空、航天等领域。而在这些领域中，结构健康直接决定着工程任务的成败，而泄漏是众多结构健康问题中非常紧急的一项。例如，燃料储箱一类的结构一旦泄漏将有可能引发爆炸事故，航天器舱体泄漏将会造成失压。一旦发生泄漏问题，将形成安全隐患，危及操作人员的生命安全，造成严重的损失。

通常在航空航天工程结构上检测泄漏时常见的方法有红外成像法、光纤测量法等。红外成像法通过对气体泄漏造成的温度降低进行泄漏定位，光纤测量法通过分布式光纤传感器采集待测结构的物理参数以判断完整性。然而这两种方法的设备分布复杂，可靠性较低。适用性一般。而声学定位方法由于系统布置简单、稳定性好、灵敏度高、检测速度快等特点，得到了广泛的应用。然而传统的泄漏定位方法大多数应用于各向同性的金属材料结构，由于复合材料的各向异性特性，上述方法在复合材料结构上将难以适用。

本发明提出一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，针对复合材料结构的泄漏事件进行定位。这符合未来各种工程中的材料应用趋势，也对未来的结构健康监测具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，包括以下步骤：

a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速-方向曲线；

b.根据波速-方向曲线，确定用于泄漏定位的传感器阵列参数；

c.在指定方向进行声源定向实验，并通过阵列进行定向，根据定向的误差，对波速-方向曲线进行修正；

d.搭建泄漏定位检测系统，用传感器阵列采集泄漏信号；

e.通过单个传感器阵列，使用基于各向异性材料波速-方向曲线的波束形成定向方法，对泄漏源进行定向；

f.通过两个传感器阵列，通过三角法对泄漏源进行最后定位。

优选地，所述a步骤中的波速测量的流程为：

断铅信号在特定位置产生时，定义被测板横向为0°方向，设为x轴正向；纵向为90°方向，设为y轴正向，在同一方向放置两个传感器，传感器的间距为30cm，每隔10°进行波速测量，测量结束后可获得波速数组V(θ)：

为进一步提高精度，通过插值的方法对V(θ)进行拟合，可得波速与角度的函数：v＝f(θ)。

优选地，所述b步骤中的传感器阵列参数计算流程为：