航天器在長期飛行過程中，由于疲勞、腐蝕、材料老化以及高空中的環(huán)境等不利因素的影響，不可避免地產(chǎn)生損傷積累，甚至發(fā)生飛機墜毀等突發(fā)的嚴重事故，造成無法挽回的傷害，因此對航空航天結構的健康監(jiān)測十分重要。航空航天健康監(jiān)測不僅能滿足乘客的安全感和舒適感，增加航天結構的功能性、智能性和靈活性，而且能夠降低維修和檢測的費用。由于航天器結構復雜、機身體積龐大，對其結構的健康監(jiān)測要求高，同時使用大量傳感器，這就對傳感器網(wǎng)絡及其解調裝置提出了新的挑戰(zhàn)。
光纖光柵(fiber Bragg grating，(FBG) ) 傳感器自問世以來，以其獨特的優(yōu)勢倍受人們的青睞。它除了具有尺寸小、重量輕、帶寬寬、靈敏度高、抗電磁干擾能力強和耐腐蝕能力強等優(yōu)點外，而且是對波長絕對編碼、不受光功率波動影響、集傳感和傳輸于一體、易于埋入材料內部，具有對結構的應力、應變進行高精度的準分布式測量的優(yōu)點；此外通過復用可構成傳感網(wǎng)，用以監(jiān)測外界溫度、應力場作用下的大量待測目標的空間和時間特征。這些優(yōu)點使光纖光柵傳感器被認為是航空航天結構健康監(jiān)測中最有前途的傳感器之一。
隨著飛機性能的不斷提高，作為現(xiàn)代飛機結構材料的復合材料的發(fā)展更加引人注目，由于它具有強度高、剛度高、可設計性強、抗疲勞能力好、耐腐蝕、便于大面積整體成形等優(yōu)點，在航空航天工程領域的應用日益廣泛。目前復合材料的應用已由小型、簡單的次承力構件發(fā)展到大型、復雜的主要承力構件；從單一結構件發(fā)展到結構/吸波、結構/透波、結構/防彈等多功能一體化結構。目前，高度輕量化直升機上的復合材料用量已達結構重量的70 %～80 %；在先進戰(zhàn)斗機上的用量是結構用量的30 %～50 %；在大型民用運輸機上的用量已占結構用量的15 %～20 %。復合材料所占機體結構重量的比例已經(jīng)成為衡量飛機先進與否的重要標志。繼鋁、鋼、鈦之后，復合材料已迅速發(fā)展為四大航空結構材料之一。
當前，大量用于航空航天工程領域的復合材料主要有以下兩類：聚合物基復合材料和金屬基復合材料。聚合物基復合材料主要是樹脂基復合材料，其優(yōu)異的力學性能和減重效果受到航空航天業(yè)的青睞，到目前為止已有20多年的應用史。實踐表明，該材料制造的飛機部件比傳統(tǒng)航空結構材料通常減重20%～30 %，使用和維修成本比金屬材料低15 %～25 %。法、意聯(lián)合研制的支線客機ATR72，其機翼30 %為芳綸、碳纖維和增強環(huán)氧樹脂復合材料，另外還在副翼、舵面、整流罩和客艙內壁大量使用環(huán)氧樹脂復材，整體減重15 %。美國最新研制的輕型偵察攻擊直升機RAH66具有隱身能力，樹脂基復合材料用量約50 %左右，機身龍骨大梁長6.72m，鋪層最多達1000層。法、德合作研制的虎式武裝直升機，其樹脂基復合材料用量高達80%。樹脂基復合材料的性能和增強纖維和樹脂基體有關，常用的增強纖維有碳纖維和其他高性能有機纖維，而常用的樹脂基體主要有環(huán)氧樹脂、雙馬(DMI) 樹脂、聚酰亞胺樹脂和氰酸酯樹脂。通過合理的結構和材料設計，它可使雷達反射截面縮小，吸波性能提高，賦予飛機隱形功能。
金屬基復合材料(MMC) 是以金屬為基體，添加顆粒、晶須或纖維作為增強相，通過特定方法復合而成。金屬基復合材料包括鋁基復合材料、鎂基復合材料、鈦基復合材料、高溫合金基復合材料和難熔金屬基復合材料等。這些金屬基復合材料性能優(yōu)異，強度和剛度高，耐高溫、耐疲勞、抗振動、耐濕熱、耐紫外線和放射線的輻射損傷，尺寸穩(wěn)定性好，逸氣性極低，抗敵方武器破壞能力強，而且特別適用于制造空間飛行器的構件，是用于航空飛機、運載火箭、衛(wèi)星等航天器和先進的航空器；尤其用在耐高溫的航空發(fā)動機上，至少具有耐538℃的潛力，并有可能達到980℃的高溫。由于與金屬材料相比，金屬基復合材料具有以上獨特的性能，被認為是未來高性能航空發(fā)動機的必選材料。專家預測，在2020年以前飛機發(fā)動機結構材料中金屬基復合材料所占比重將達到30 %。
