飞机结构健康监测（SHM）：让飞机 “会说话”—— 从被动维修到主动预警的技术革命

在航空发展历程中，飞机结构的安全维护长期依赖定期检修和人工排查，这种被动维修模式如同 “亡羊补牢”，难以提前发现潜在隐患。而飞机结构健康监测（Structural Health Monitoring，SHM）技术的出现，彻底改写了这一局面。它通过遍布飞机的传感器网络、智能数据处理系统，让飞机具备 “自我感知” 与 “主动预警” 能力，实现从 “被动维修” 到 “主动预警” 的技术革命，成为保障航空安全、提升运营效率的关键力量。

一、SHM 技术：让飞机 “感知自我” 的核心原理

（一）传感器网络：飞机的 “神经末梢”

SHM 技术的基础是构建覆盖飞机关键结构的传感器网络，这些传感器如同飞机的 “神经末梢”，实时感知结构状态。常用的传感器包括应变片、光纤传感器、压电传感器等。应变片可精确测量结构的应力应变情况，当飞机机翼承受较大载荷时，应变片能实时反馈应力数据；光纤传感器则凭借抗电磁干扰、长距离传输等优势，监测结构的温度、振动等参数；压电传感器可捕捉结构的微小振动信号，用于检测裂纹萌生和扩展。这些传感器协同工作，将结构的物理状态转化为电信号或光信号，为后续分析提供数据基础。

（二）数据处理与分析：飞机的 “智慧大脑”

采集到的海量数据需经过智能处理与分析，才能转化为有价值的信息。SHM 系统运用大数据分析、机器学习等技术，对传感器数据进行深度挖掘。通过建立结构健康模型，对比当前数据与正常状态下的基线数据，判断结构是否出现异常。当发现数据偏离正常范围时，系统会自动识别异常类型，如裂纹扩展、疲劳损伤等，并评估其严重程度。例如，某 SHM 系统通过分析机翼振动数据的频谱变化，提前三个月预测到机翼主梁的疲劳裂纹扩展趋势，为维修决策提供了充足时间。

（三）预警与决策支持：飞机的 “主动发声”

基于数据分析结果，SHM 系统能够实现主动预警。当检测到结构健康状态下降到一定阈值时，系统会向维修人员发出警报，并提供详细的结构损伤位置、程度等信息。同时，结合维修知识库和历史数据，为维修人员制定维修方案提供决策支持，如建议维修时间、维修方式等。这种 “主动发声” 的能力，使飞机从 “沉默的载体” 转变为 “智能的伙伴”，让维修人员能够在故障发生前采取措施，避免事故发生。

二、SHM 技术的应用场景：重塑航空维修模式

（一）飞行过程中的实时监测

在飞行过程中，SHM 系统持续监测飞机结构状态。当飞机遭遇气流颠簸、雷击等特殊情况时，系统能实时评估结构是否受损。例如，某航班在飞行中遭遇强烈雷击，SHM 系统迅速检测到机身蒙皮的局部温度异常升高和结构应力突变，立即向机组人员发出警报，并在地面后为维修人员提供准确的受损位置信息，避免了因雷击损伤未及时发现而导致的后续安全隐患。

（二）定期维护中的精准检测

传统定期维护往往采用 “一刀切” 的方式，对所有部件进行检查，效率低且可能漏检。SHM 技术的应用使定期维护更加精准。通过长期积累的结构健康数据，维修人员可以明确哪些部件需要重点检查，哪些部件状态良好可适当延长检查周期。例如，在对某型号飞机的机翼进行定期维护时，依据 SHM 系统提供的数据，维修人员发现机翼下表面的某个区域长期处于高应力状态，重点对该区域进行无损检测，果然发现了一条微小裂纹，及时进行修复，避免了裂纹进一步扩展。

（三）老龄飞机的寿命评估

对于服役多年的老龄飞机，SHM 技术在寿命评估中发挥着关键作用。通过持续监测老龄飞机结构的疲劳损伤、腐蚀等情况，结合结构寿命预测模型，能够准确评估飞机的剩余寿命。某航空公司利用 SHM 系统对其服役 20 年的老龄飞机进行监测，根据结构的疲劳裂纹扩展数据，科学制定延寿方案，在确保安全的前提下，合理延长了飞机的服役时间，降低了运营成本。

三、SHM 技术带来的变革：安全与效率双提升

（一）安全性能显著增强

SHM 技术的应用大幅降低了飞机结构故障导致的事故风险。通过提前发现并处理结构隐患，避免了因结构失效引发的严重事故。据统计，采用 SHM 技术的飞机，结构相关事故发生率降低了 40% 以上。某航空企业在其机队全面应用 SHM 技术后，连续 5 年未发生因结构问题导致的飞行事故，显著提升了航空安全水平。

（二）运营效率大幅提高

主动预警和精准维护减少了非计划停飞和维修时间。维修人员可以根据 SHM 系统的预警信息，提前准备维修备件和工具，合理安排维修计划，避免了因临时维修导致的航班延误。同时，优化的维护策略降低了不必要的维修成本，提高了飞机的利用率。某航空公司通过应用 SHM 技术，将飞机的平均维修周期延长了 20%，年运营成本降低了 15%，实现了经济效益与运营效率的双提升。

四、SHM 技术的发展趋势：迈向智能化与集成化

（一）多技术融合的智能化监测

未来，SHM 技术将与人工智能、物联网、5G 等技术深度融合。利用人工智能算法实现对结构损伤的自动识别和预测，提高预警的准确性和及时性；通过物联网实现传感器数据的实时共享和远程监控，方便维修人员随时随地获取飞机结构健康信息；借助 5G 技术的高速传输和低延迟特性，实现对飞机结构的远程诊断和维护指导，提升维修效率。

（二）全生命周期集成化管理

从飞机设计、制造到服役、退役，SHM 技术将贯穿飞机全生命周期。在设计阶段，通过模拟结构受力情况，优化传感器布局；制造过程中，将传感器集成到飞机结构内部，实现无缝监测；服役期间，持续收集结构健康数据，为维修和延寿提供依据；退役时，根据结构状态评估剩余价值，为飞机拆解和回收提供参考。这种全生命周期集成化管理，将最大限度发挥飞机的性能和价值。

（三）低成本、高可靠性传感器研发

为了进一步推广 SHM 技术的应用，研发低成本、高可靠性的传感器成为重要方向。新材料和微机电系统（MEMS）技术的发展，将使传感器更加小巧、轻便、耐用，同时降低生产成本，使更多飞机能够装备 SHM 系统，推动航空维修技术的全面升级。

飞机结构健康监测（SHM）技术以其创新性和实用性，正在引发航空维修领域的深刻变革。从让飞机 “会说话” 到实现全面智能化监测与管理，SHM 技术不仅提升了航空安全水平，还为航空运营带来了巨大的经济效益。随着技术的不断发展和完善，SHM 技术将在航空领域发挥更加重要的作用，助力航空事业迈向更高质量的发展阶段。