微型應(yīng)變計(jì)傳感器在航空航天工程中的突破應(yīng)用
微型應(yīng)變計(jì)傳感器作為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)的核心器件，近年來通過材料創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了性能突破，尤其在航空航天領(lǐng)域展現(xiàn)出不可替代的應(yīng)用價(jià)值。其技術(shù)發(fā)展路徑可從材料革新、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與集成化應(yīng)用三個(gè)維度展開。
材料創(chuàng)新是性能躍升的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)金屬應(yīng)變片已難以滿足極端環(huán)境需求，新型耐高溫材料成為關(guān)鍵突破口。例如，采用聚合物先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷（PDC）的應(yīng)變傳感器，可在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等900℃高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作，其非晶SiCN陶瓷基體通過高溫?zé)峤夤に囆纬�，兼具抗氧化性與高蠕變阻力。此外，納米材料的應(yīng)用顯著提升了靈敏度，如厚度僅數(shù)埃的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)，其靈敏系數(shù)可達(dá)普通體型應(yīng)變計(jì)的數(shù)十倍，在相同變形下輸出信號(hào)增強(qiáng)，為微型化設(shè)計(jì)提供了可能。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化推動(dòng)了傳感器微型化。通過仿生學(xué)原理，研究人員模仿蝎子圓形尖端縫結(jié)構(gòu)，開發(fā)出高靈敏度、長(zhǎng)耐久性的MEMS傳感元件，其短窄梁設(shè)計(jì)形成高應(yīng)力集中區(qū)域，靈敏度提升的同時(shí)響應(yīng)時(shí)間縮短。在航空航天領(lǐng)域，微型高阻電阻應(yīng)變計(jì)采用1.5-2μm厚的康銅箔材，敏感柵尺寸可縮小至0.5×0.5mm，配合真空沉積工藝直接沉積金屬薄膜，消除了傳統(tǒng)膠粘劑導(dǎo)致的滯后誤差，成為無線智能傳感器的理想選擇。
航空航天應(yīng)用驗(yàn)證了技術(shù)可靠性。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)中，微型應(yīng)變計(jì)可實(shí)時(shí)檢測(cè)渦輪葉片在900℃下的應(yīng)變變化，為葉片壽命評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持；發(fā)動(dòng)機(jī)矢量噴管載荷測(cè)量技術(shù)通過集成微型傳感器，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)減重與優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，返回艙模擬測(cè)試中，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)協(xié)同工作，確保了航天器在極端載荷下的結(jié)構(gòu)完整性。
