智慧型蒙皮

智慧型蒙皮

“智慧型蒙皮”又稱“機靈蒙皮”,是一種利用智慧型材料對外界環境變化作出機敏反應的機構。一般由信息感測器(神經)、控制器(大腦)和驅動器(肌肉)組成,具有信息傳遞、處理和驅動三種功能。

概述

智慧型蒙皮智慧型蒙皮

“智慧型蒙皮”是1985年由美國空軍提出的一種亟待研究的關鍵技術,該技術不僅可以快速靈活地實現飛行器的滾轉、俯仰和偏航等動作,還有可能替代傳統的剛性操作面控制方式,從而引起飛行器巨觀氣動控制技術的突破性變革。

智慧型蒙皮技術是在飛行器構件和蒙皮內植入智慧型結構,包括探測元件(感測器)、微處理控制系統(信號處理器)、驅動元件(微制動器)和互連線路等,形成飛行器的神經網路,不僅能對感知自身的物理狀況(如疼痛),而且能對外部環境(如視覺、味覺、聲音)保持敏感,從而賦予材料、構件乃至整個飛行器體內自檢測、自監控、自校正、自適應以及記憶、思維、判斷和反應等功能。

研究歷史

1985年,美國空軍首次提出了“智慧型蒙皮”技術。與此同時,上個世紀80年代末,法國也開始研發一種“智慧型蒙皮”天線系統。這種系統由法國國家航空空間研究院牽頭組織,主要方向是將雷達天線集成在飛機的蒙皮系統內部。

由美國諾斯羅普公司和TRW公司聯合研製的“智慧型蒙皮”新型天線,採用了將不同種類複合材料壓製成薄片技術,從而使其與標準天線相比通信距離提高了5倍以上。這種新型天線全部嵌套在飛行器表面,可以有效減少飛機飛行重量和阻力,同時降低雷達反射面積。在此基礎上,美國國防部高級研究計畫局制定了無線電頻率“多功能機構孔徑”計畫,將推動智慧型蒙皮天線技術持續發展。

因此,美、德、英、法、日等國家的一些航空研究機構目前多在進行智慧型蒙皮和結構的廣泛研究工作。

技術,優點和優勢

智慧型蒙皮具有獨特的優點和技術優勢:由於採用了光纖技術感測器技術代替普通電纜連線,節省了大量的飛機內部空間,減輕了飛機重量,簡化了飛機設計方案;智慧型蒙皮可以有效提高飛機對自身狀態的感知能力,實現對飛機內外部的實時監控和評估,因而極大地提高了飛機的可靠性和可用性;智慧型蒙皮還可以極大提高未來飛機的隱身能力,將有效提高飛機的生存能力。

末來發展

未來智慧型蒙皮技術將更多地套用於太空飛行器和飛機上,光纖感測器在其中也發揮著日益重要的作用。內部集成了光纖感測裝置用於檢測溫度、聲光、核輻射及其它物理量的結構就是光纖智慧型蒙皮。自1979年美國國家航天局首次把光纖埋入聚合物材料中開始,光纖智慧型蒙皮就得到飛速發展。

光纖智慧型蒙皮採用分散式光纖感測技術作為感測網路,可將數根小巧輕便的光纖置入飛行器的蒙皮中,利用環境溫度、壓力等待測量對光纖中傳輸光進行調製的原理工作。通過飛行控制計算機實時採集並解調光纖中的傳輸光,就可以得知光纖周圍任一點的待測量情況。

光纖智慧型蒙皮還可以有效減輕飛機的重量和雷達散射面積,提高其小型化和簡單化水平。使用普通蒙皮時,當需要在飛機上加裝天線和感測器時,就需要進行鑿孔而破壞機體結構,從而造成氣動力、費用等一系列損失。光纖智慧型蒙皮技術可以實現感測器的智慧型化集成,使飛機的設計和升級更為簡便。一體化的智慧型蒙皮技術可以大面積覆蓋飛機的外部特徵,避免了各類平台和天線的外露突出,從而降低了飛機的雷達散射面積,提高其隱身性能。

除了套用在飛機上,美國海軍也在研究將光纖智慧型蒙皮套用於艦船表層的電磁隱身問題,從而提高艦船和潛艇的隱身性能。美國彈道飛彈防禦局也計畫將光纖感測器構成的智慧型蒙皮集成進飛彈天基防禦系統中,從而對敵方威脅做出精確判斷。

套用前景

從廣義上將,智慧型蒙皮系統也屬於感測器網路,隨著軍事物聯網技術的快速發展,未來不同戰機上的智慧型蒙皮也可以實現互聯互通,從而使智慧型蒙皮的套用前景更加寬廣。法國軍備總局就計畫將智慧型蒙皮用於高空和長續航無人機項目以及A-400M預警機遠距離監視天線。

禁止此推廣內容當然,智慧型蒙皮技術要得到實現和廣泛套用,仍然需要攻克很多技術難關。智慧型蒙皮的主體材料需要採用質量輕、高強度並且耐高溫的新型複合材料,目前大部分聚合物複合材料尚處於試驗階段。此外,將感測器陣列和光纖傳輸系統集成到薄薄的蒙皮材料中也是一道技術難關。智慧型蒙皮材料的研製除了需要考慮材料學、電子技術和微波技術外,還需要高性能的高溫超導材料、信號處理與分布控制、神經網路與仿生學研究,是一項龐大的系統工程。

隨著技術的進步和研究的大量投入,智慧型蒙皮技術一定可以在未來科技和軍事套用領域發揮重要作用。

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