航天器在長期飛行過程中，由于疲勞、腐蝕、材料老化以及高空中的環(huán)境等不利因素的影響，不可避免地產(chǎn)生損傷積累，甚至發(fā)生飛機(jī)墜毀等突發(fā)的嚴(yán)重事故，造成無法挽回的傷害，因此對(duì)航空航天結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)十分重要。航空航天健康監(jiān)測(cè)不僅能滿足乘客的安全感和舒適感，增加航天結(jié)構(gòu)的功能性、智能性和靈活性，而且能夠降低維修和檢測(cè)的費(fèi)用。由于航天器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)身體積龐大，對(duì)其結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)要求高，同時(shí)使用大量傳感器，這就對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)及其解調(diào)裝置提出了新的挑戰(zhàn)。
光纖光柵(fiber Bragg grating，(FBG) ) 傳感器自問世以來，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)倍受人們的青睞。它除了具有尺寸小、重量輕、帶寬寬、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)和耐腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，而且是對(duì)波長絕對(duì)編碼、不受光功率波動(dòng)影響、集傳感和傳輸于一體、易于埋入材料內(nèi)部，具有對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行高精度的準(zhǔn)分布式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)；此外通過復(fù)用可構(gòu)成傳感網(wǎng)，用以監(jiān)測(cè)外界溫度、應(yīng)力場(chǎng)作用下的大量待測(cè)目標(biāo)的空間和時(shí)間特征。這些優(yōu)點(diǎn)使光纖光柵傳感器被認(rèn)為是航空航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中最有前途的傳感器之一。
隨著飛機(jī)性能的不斷提高，作為現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的復(fù)合材料的發(fā)展更加引人注目，由于它具有強(qiáng)度高、剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞能力好、耐腐蝕、便于大面積整體成形等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。目前復(fù)合材料的應(yīng)用已由小型、簡單的次承力構(gòu)件發(fā)展到大型、復(fù)雜的主要承力構(gòu)件；從單一結(jié)構(gòu)件發(fā)展到結(jié)構(gòu)/吸波、結(jié)構(gòu)/透波、結(jié)構(gòu)/防彈等多功能一體化結(jié)構(gòu)。目前，高度輕量化直升機(jī)上的復(fù)合材料用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的70 %～80 %；在先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上的用量是結(jié)構(gòu)用量的30 %～50 %；在大型民用運(yùn)輸機(jī)上的用量已占結(jié)構(gòu)用量的15 %～20 %。復(fù)合材料所占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的比例已經(jīng)成為衡量飛機(jī)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志。繼鋁、鋼、鈦之后，復(fù)合材料已迅速發(fā)展為四大航空結(jié)構(gòu)材料之一。
當(dāng)前，大量用于航空航天工程領(lǐng)域的復(fù)合材料主要有以下兩類：聚合物基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料。聚合物基復(fù)合材料主要是樹脂基復(fù)合材料，其優(yōu)異的力學(xué)性能和減重效果受到航空航天業(yè)的青睞，到目前為止已有20多年的應(yīng)用史。實(shí)踐表明，該材料制造的飛機(jī)部件比傳統(tǒng)航空結(jié)構(gòu)材料通常減重20%～30 %，使用和維修成本比金屬材料低15 %～25 %。法、意聯(lián)合研制的支線客機(jī)ATR72，其機(jī)翼30 %為芳綸、碳纖維和增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，另外還在副翼、舵面、整流罩和客艙內(nèi)壁大量使用環(huán)氧樹脂復(fù)材，整體減重15 %。美國最新研制的輕型偵察攻擊直升機(jī)RAH66具有隱身能力，樹脂基復(fù)合材料用量約50 %左右，機(jī)身龍骨大梁長6.72m，鋪層最多達(dá)1000層。法、德合作研制的虎式武裝直升機(jī)，其樹脂基復(fù)合材料用量高達(dá)80%。樹脂基復(fù)合材料的性能和增強(qiáng)纖維和樹脂基體有關(guān)，常用的增強(qiáng)纖維有碳纖維和其他高性能有機(jī)纖維，而常用的樹脂基體主要有環(huán)氧樹脂、雙馬(DMI) 樹脂、聚酰亞胺樹脂和氰酸酯樹脂。通過合理的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)，它可使雷達(dá)反射截面縮小，吸波性能提高，賦予飛機(jī)隱形功能。
金屬基復(fù)合材料(MMC) 是以金屬為基體，添加顆粒、晶須或纖維作為增強(qiáng)相，通過特定方法復(fù)合而成。金屬基復(fù)合材料包括鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料、高溫合金基復(fù)合材料和難熔金屬基復(fù)合材料等。這些金屬基復(fù)合材料性能優(yōu)異，強(qiáng)度和剛度高，耐高溫、耐疲勞、抗振動(dòng)、耐濕熱、耐紫外線和放射線的輻射損傷，尺寸穩(wěn)定性好，逸氣性極低，抗敵方武器破壞能力強(qiáng)，而且特別適用于制造空間飛行器的構(gòu)件，是用于航空飛機(jī)、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星等航天器和先進(jìn)的航空器；尤其用在耐高溫的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，至少具有耐538℃的潛力，并有可能達(dá)到980℃的高溫。由于與金屬材料相比，金屬基復(fù)合材料具有以上獨(dú)特的性能，被認(rèn)為是未來高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的必選材料。專家預(yù)測(cè)，在2020年以前飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)材料中金屬基復(fù)合材料所占比重將達(dá)到30 %。
