FBG 技术在飞艇囊体中的应用

随着空天技术的快速发展，飞艇其囊体结构健康直接影响运行安全，传统应变监测手段存在易受电磁干扰、适配性差、难以捕捉分布式应变梯度等问题。光纤布拉格光栅（FBG）的应变监测技术，凭借轻质、耐腐蚀、抗电磁干扰、分布式感知的优势，为飞艇囊体应变传递特性精准监测提供了全新解决方案。

技术方案设计要点

传感器布设策略

关键监测区域：针对飞艇囊体承力特性，选取发动机连接部、舱体拼接缝、主承力层等核心结构区域，采用表贴式布设方式，沿囊体轴向敷设FBG传感器阵列，同步覆盖“纤芯层-涂覆层-粘贴层-囊体材料层”4层结构，结合控制变量法设置不同粘贴参数（长度、宽度、厚度）的监测点，实现应变传递全链路感知。

图1 表面粘贴结构

工程实施突破与实测亮点

在飞艇囊体监测的应用中，系统实现三大核心突破：

柔性结构适配性：建立专属4层应变传递模型，首次解决传统刚性结构模型对柔性囊体不适用的问题，精准捕捉应变从囊体材料到纤芯的传递损耗；

高传递效率优化：通过优选聚酰亚胺涂覆层、剪切模量≥1GPa的环氧树脂胶，优化粘贴长度40mm、宽度4mm的参数组合，实测应变传递率达95.393%；

复杂环境稳定性：FBG抗电磁干扰特性适配飞艇电子设备密集场景，结合温度标定技术抵消昼夜温差影响，数据相对误差控制在5%以内，稳定性远超传统传感器。

图2 粘贴层剪切模量对平均应变传递率的影响

图3   温度对粘贴层剪切模量的影响

效益与技术延展

该系统的应用实现三重效益升级：

安全保障提升：精准捕捉囊体应变梯度分布，提前预警结构老化、损伤风险，提升飞艇运行可靠性；

监测效率优化：替代单点式人工检测，实现100m范围内分布式监测，减少80%的人工投入，数据自动分析降低误差；

空天技术适配：数据可接入飞艇健康监测平台，联动结构调控系统实现“应变监测-风险预警”闭环响应。

总结

未来，该方案可扩展至不同材质囊体适配场景，或临近同类结构监测，监测应变演化趋势，为空天装备“监测-预警-维护”一体化提供核心感知支持。

文章，图片均来源于《基于FBG的平流层飞艇囊体应变监测与研究》