The ongoing need to extend the lifespan of aircraft and enhance safety continually underscores the importance of structural health monitoring (SHM). However, conventional SHM in aircraft involves multiple devices for signal generation and measurement, resulting in significant volume and weight. Moreover, wired connections between these devices limit the flexibility of installation and maintenance. In this study, we utilized a wireless ultrasonic device, developed to alleviate the wired connectivity issues and streamline the monitoring process, for wireless SHM. We used a pitch-catch method with piezoelectric ceramic transducers to acquire Lamb wave signals in composite and aluminum specimens, subsequently extracting and visualizing damage signals. Simulating the aircraft’s operational conditions, we conducted experiments at low temperatures and developed a compensation function to counteract the changes in the phase and amplitude of Lamb wave signals due to temperature drops. By comparing damage visualizations before and after the compensation, we demonstrated the feasibility for damage detection under low-temperature conditions. Furthermore, we confirmed its robustness by applying compensation function across specimens of different thickness. By validating the active SHM through the wireless ultrasonic device under changing temperature and thickness conditions, we confirmed the applicability of wireless structural health monitoring in the operating environment of aircraft.
항공기의 수명 연장과 안전 증대를 위하여 항공기 구조에 대한 건전성 모니터링의 중요성이 끊임없이 대두되고 있다. 하지만 항공기에서의 일반적인 구조 건전성 모니터링은 신호의 생성과 측정을 위한 여러 장비가 필요하기 때문에 많은 부피와 무게를 차지할 뿐만 아니라, 장치들의 연결이 유선을 통해 이루어져 있어 설치 및 유지에 제약이 따르게 된다. 본 연구에서는 유선 문제 해결 및 모니터링의 간소화를 위해 개발된 무선 초음파 장치를 이용하여 구조 건전성 모니터링을 무선으로 수행하였다. 압전 소자를 이용한 피치-캐치 방식으로 복합재 및 알루미늄 시편에서의 램파 신호를 획득하였으며, 손상 신호 추출 및 손상의 가시화를 진행하였다. 또한 항공기의 운항 상황을 가정하여 저온에서의 실험을 진행하였으며, 온도 하강에 따른 램파 신호의 위상 및 진폭 변화를 보상하기 위한 보상 함수를 도출하였다. 온도 보상 전후 가시화의 비교를 통해 저온에서의 손상 검출이 가능한 것을 보였으며, 두께별 적용을 통해 강건성을 확인하였다. 온도 및 두께의 변화에 따른 상황에서의 무선 초음파 장치를 통한 능동 구조 건전성 모니터링을 검증함으로써 항공기 운용 환경에서의 무선 구조 건전성 모니터링의 적용 가능성을 확인하였다.
