航空航天结构通常工作在热、力、磁等多物理场耦合复杂环境,极端温度环境下结构易发生变形,力学性能也有所减弱,从而使结构存在安全隐患,因此开展针对结构状态的监测研究具有重要意义。光纤光栅能够感测材料温度、应变等70余种物理量且体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、易构建分布式传感网络等优越性能。因此,本文研究了基于光纤传感技术的管状结构热应变及变形监测方法,主要内容包括以下几个方面:首先,针对航空结构的温度场监测需求,对复杂环境温度场下光纤光栅易产生的啁啾效应的原因进行研究。利用光学软件Optigrating对非均匀场作用下光栅反射光谱进行模拟。在此基础上,搭建光纤光栅非均匀温度场及应变场试验系统,根据数值仿真和试验结果,得到光纤光栅啁啾现象产生机理和影响特性。其次,研究不同形式与胶接条件下的光纤光栅传感器在高低温温度场中传感特性,给出光纤光栅低温下易产生啁啾效应原因。在此基础上,通过设计合理的传感器封装减弱光纤光栅低温啁啾效应。再次,构建了基于分布式光纤光栅传感网络的铝合金以及碳纤维复合材料管状结构均匀温度场监测系统。根据稳态均匀温度场作用下的管结构热变形理论和仿真数值,提出一种计算管状结构轴向变形的快速计算方法,并验证了该方法的可行性。最后,构建了基于分布式光纤光栅传感网络的管状结构非均匀温度场监测系统。通过分析铝合金管状结构表面温度场梯度特征,结合仿真结果,给出管状结构轴向变形计算方法,并得到管状结构表面光纤光栅所受非均匀温度场下反射光谱特性。