美陸軍研究實驗室（ARL）和美陸軍航空與飛彈研究、開發及工程中心的研究人員成功開發測試了一種聲發射傳感器網絡，可實時檢測UH-60「黑鷹」直升機機身結構受損情況。這項發現為新的機載功能提供可能，就機身開裂和分層等結構破損情況立即向機組人員發出警報，使其在災難性故障發生前有更多機會採取維修措施。
開發過程
ARL致力於研究旋翼機機身狀態監測的替代方案。這項工作大約從兩年前開始，為將實時受損感知方法在未來機身結構上集成提供強有力的證明。這種方法可準確檢測和定位機身可能受損的起始與發展。美陸軍工程師海勒博士表示，陸軍今後的飛機結構要更輕、更安全且穩定。為了實現這些目標，陸軍必須採取先進的結構設計方法、改良結構材料、集成受損感知與風險預測能力的綜合性策略。
工作原理與機制
因超聲波和射線照相等方法需要定向波形式的外部能源，且外部能量會干擾飛機其他系統產生不利影響，這些方法在檢測機身早期受損情況方面不如聲發射手段，團隊將目光轉向聲發射（AE）測試。聲發射傳感是一種檢測早期損傷的無源性非破壞性技術，可以實時（甚至在機身受損的瞬間）檢測到受損情況。「無源」是指它不需要外部能量，而是依賴結構內產生的能量。
該項工作的創新之處在於引入新的波採集控制和信號處理概念來恢復聲發射傳感器網絡中的機體受損信息。研究人員發現，傳感網絡在超過20萬個周期的長時間疲勞測試中始終對損傷情況進行識別和定位——這是以前從未實現的壯舉。ARL開發的傳感網絡由幾個輕型傳感器組成，封裝在3D列印的非侵入式傳感器安裝座上，以最佳方式分布在多個位置，使檢測的覆蓋範圍和可能性最大化。數據採集過程嵌入一個軟體控制定時參數來抑制非受損事件產生的其他波反射。同時，信號處理算法增加了一層自適應數字濾波器，使定位分析期間信號失真的影響最小化。
ARL車輛技術局主任雷迪克與海勒等研究室其他同事共同闡述了在複雜旋翼機結構中，使用分布式傳感器架構進行全面受損檢測的詳細機制。技術核心是開發信號失真控制參數、採集定時控制和3D列印傳感器容器。
背景和需求
由於定期檢查與維護造成的停機時間是陸軍平臺壽命周期成本的主要部分，這段時間內不僅沒有使用平臺，還必須支付檢查費用，且多數情況下，並未檢測出受損跡象，因此提出了整合可靠的受損傳感網絡、按需維護的概念。目前，陸軍依照階段性定期維護慣例來維持機隊運行。這個過程效率低下、成本高昂且需要長時間停機。新開發的傳感網絡將展開基於狀態的維護或按需維護，有可能大幅降低陸軍車輛的壽命周期成本。
挑戰
ARL研究人員稱，大規模的聲發射監測是一個數據密集型過程，每次飛行每個傳感器都將接受數百萬次AE波的撞擊，這會給數據採集硬體的內部總線和電路帶來更高的負荷。一般而言，大部分撞擊都與結構受損無關，而是與來自運動部件的噪聲或其他非受損源的振動有關，已經接收和處理的AE波反射也會產生不需要的AE波撞擊。因此這項工作的挑戰在於開發一種只對機身受損情況相關的AE波敏感的系統。