空天创新技术论坛｜青年科学家邱雷：提升空天飞行器性能的结构健康监测与寿命预测技术

中经报道10月10日讯（孟彦 王文慧）10月10日“面向2050的空天创新技术青年科学家论坛”在成都顺利召开。由中国航空学会、中国科协培训和人才服务中心与成都流体动力创新中心共同主办“面向2050的空天创新技术青年科学家”论坛，邀请国内知名专家学者交流空天技术领域最新研究进展，研讨基础性、关健性技术难题，探索前瞻性科研发展方向。 会议上，专题论坛的召集人和报告人都是我国航空航天领域优秀的青年科技人才，对此我们分别做了专访。

结构是空天飞行器装备承载和气动构型基本单元，其安全是重中之重，其性能影响装备整体性能。依据结构损伤实际状态及规律实现结构优化设计、精细化维护和科学寿命管理是飞行器结构安全保障与性能提升的变革趋势。结构健康监测与预测技术利用与结构一体化集成的传感器网络，结合诊断方法，在线实时监测与诊断结构状态，可及时发现损伤并给出规律，评估结构寿命，是支撑上述变革的关键技术，对提升航空航天装备安全和性能意义重大。

对此，从事“飞行器结构健康监测与寿命预测”的青年科学家——邱雷接受我们的采访，发表了个人的看法。

(邱雷，南京航空航天大学教师，从事飞行器智能结构与健康监测技术研究)

问：邱老师，请您讲讲什么是“飞行器结构健康监测与寿命预测技术”？

邱雷：飞行器健康监测与寿命预测技术主要利用集成在飞行器关键部件结构上的传感器获取与结构运行相关的信号，通过信号处理提取诊断结构健康状态所需要的特征信息，最后融合各种特征信息，实现对飞行器健康状态的监测及寿命预测，进而产生指导飞行器运行维护等的决策信息。该技术对提升飞行器性能的重要性已经得到行业的广泛认同。

问：您觉得需要突破那些关键技术才能实现飞行器的智能健康监测与寿命预测？

邱雷：飞行器结构与传感器网络的一体化难度大，轻量化和长寿命一直是瓶颈难题，并且飞行器结构材料性能复杂、结构复杂、应用条件复杂，造成诊断准确性低，此外，复杂服役环境及结构服役中损伤扩展不确定性的耦合影响也会导致结构损伤扩展预测和寿命预测难以准确实现，这些都是实现飞行器智能健康监测与寿命预测亟待解决的关键技术。

问：您能讲讲目前飞行器结构健康监测与寿命预测技术的应用现状？

邱雷：经过近20年的努力，我们团队已经将飞行器结构健康监测与寿命预测技术应用于先进战机、大型运输机、大型民机等多个飞行器型号，应用涵盖飞行器的设计、试验、维护、延寿全环节。当然，该技术在飞行器上的推广应用还面临很多问题需要解决。

问：您能讲讲你们团队未来的研究方向吗？

邱雷：首先肯定是开展关键技术攻关，与行业主要的研究所和企业深入合作，促进飞行器结构健康监测与预测技术的型号应用。下一步计划一方面发展可重复使用运载器结构健康监测与管理技术，实现对可重复使用运载器转场、发射、飞行、着落全阶段的结构健康状态进行在线监测；另一方面面向未来飞行器结构的高性能发展需求，融合多尺度多物理建模、大数据、概率挖掘、机器学习等新技术，研究飞行器结构健康监测与预测数字孪生技术；此外围绕“智能”主题探索飞行器柔性电子智能蒙皮这一前沿交叉研究方向。

问：请您具体谈谈发展可重复使用运载器结构健康监测与管理技术的意义？

邱雷：我国正在着力打造1小时全球抵达、地面与轨道间以及轨道间的“航班化”航天运输系统，计划2025年实现关键技术验证，到2045年全面建成。其中，可重复使用运载器是整个运输系统的核心，要求可重复使用次数超过20次，且具备一天一次飞行的能力，预计在2030年前后完成可重复使用运载器研发及相关飞行试验。飞行器结构健康监测与寿命预测技术是保障可重复使用运载器安全服役、指导结构载荷优化设计、建立重复使用评估体系的关键技术之一，但已有研究不多，特别在国内几乎是个空白。我们团队已经将技术应用于亚轨道可重复使用运载器研制和机体结构可靠性保障，该运载器目前已成功首飞。

问：好，我们将期待您及您的团队未来重大成果的突破。