电脉冲除冰系统线圈优化设计及实验

发布时间：2017-10-13 07:07

  本文关键词：电脉冲除冰系统线圈优化设计及实验

  更多相关文章： 电脉冲除冰系统 线圈 阻抗 ANSYS仿真 力学实验 冲击力峰值

【摘要】：电脉冲除冰系统具有低功耗、易维修、高可靠性等优点。系统工作时高压电源向系统储能电容器充电,充电完成后,通过触发晶闸管使放电电路导通,电容器和脉冲线圈形成一个单向回路,脉冲线圈中瞬时流过几千安的电流,电流变化在线圈周围产生电磁场。飞机蒙皮上产生感应涡流,根据电磁感应定律,脉冲线圈和蒙皮之间产生几千牛的瞬态电磁力。飞机蒙皮在冲击力的作用下发生微小变形,蒙皮上冰层受力破碎,在气流吹袭下脱落,达到除冰的效果。本文针对电脉冲除冰系统影响脉冲线圈与飞机蒙皮产生的冲击力的因素进行研究。首先对影响脉冲线圈电感的因素进行分析,通过C++程序得出不同线圈不同几何外形和铜线截面尺寸对电感的影响曲线,提出线圈设计优化的思路。将系统简化为RLC电路,从能量传递的角度对系统电路进行微分方程求解,计算时考虑系统中阻抗对衰减角频率的影响,编写程序对其进行修正。数值计算得出系统工作时线圈电流变化曲线,分析影响系统电流峰值及峰值时间的因素,提出改进系统电路的方法。使用ANSYS仿真软件建立脉冲线圈-铝板二维有限元模型,将数值计算所得电流参数加载到线圈单元,仿真得出铝板上所受电磁力变化规律,分析影响电磁力变化的因素提出减少系统能耗的有效方法。设计并搭建了电脉冲除冰系统力学实验台,对不同工作条件下铝板所受冲击力进行研究,分析影响冲击力峰值大小的因素。将实验与仿真所得冲击力峰值进行对比,误差在20%内。
【关键词】：电脉冲除冰系统 线圈 阻抗 ANSYS仿真 力学实验 冲击力峰值
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V244.15
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 飞机防除冰研究背景14-15
• 1.2 飞机结冰冰型15-16
• 1.3 飞机防除冰技术简介16-17
• 1.4 电脉冲除冰系统国内外发展概况17-19
• 1.4.1 国外研究17-18
• 1.4.2 国内研究18-19
• 1.5 本文所做工作19
• 1.6 论文创新点19-21
• 第二章 飞机电脉冲除冰系统数值计算21-39
• 2.1 系统的基本原理21
• 2.2 脉冲线圈电感分析21-25
• 2.2.1 电感计算22-23
• 2.2.2 线圈电感值影响因素23-25
• 2.3 RLC电路分析25-29
• 2.4 电路参数修正29-31
• 2.5 系统电流影响因素31-37
• 2.5.1 线圈电感对峰值电流的影响31-33
• 2.5.2 电容值对峰值电流的影响33-34
• 2.5.3 充电电压对峰值电流的影响34-35
• 2.5.4 系统电阻对峰值电流的影响35-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第三章 飞机电脉冲除冰系统线圈-铝板有限元分析39-52
• 3.1 电磁场理论基础39-42
• 3.1.1 麦克斯韦方程39-40
• 3.1.2 涡流场求解方法40-42
• 3.2 ansys二维有限元模型建立及网格划分42-44
• 3.2.1 简化模型42
• 3.2.2 参数设置42-43
• 3.2.3 网格划分43-44
• 3.3 边界条件及载荷加载44-45
• 3.3.1 边界条件设定44
• 3.3.2 载荷加载44-45
• 3.4 仿真结果分析45-46
• 3.4.1 磁感线分布45
• 3.4.2 电磁力变化曲线45-46
• 3.5 铝板感应电磁力影响因素46-51
• 3.5.1 充电电压对冲击力影响46-48
• 3.5.2 线圈电感对冲击力影响48-49
• 3.5.3 线圈-平板间隙对冲击力影响49-50
• 3.5.4 平板厚度对冲击力影响50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 电脉冲除冰系统地面实验台设计52-65
• 4.1 实验台电路设计52-54
• 4.2 电路组件介绍及选型54-60
• 4.2.1 高压电源54-56
• 4.2.2 电容56-58
• 4.2.3 直流电压变换器58
• 4.2.4 晶闸管58-59
• 4.2.5 钳位二极管59-60
• 4.2.6 其它元器件60
• 4.3 线圈设计制作60-61
• 4.4 地面力学实验台搭建61-64
• 4.4.1 实验台设计61-63
• 4.4.2 实验操作流程63-64
• 4.5 本章总结64-65
• 第五章 电脉冲除冰系统冲击力实验65-74
• 5.1 实验参数设定65
• 5.2 实验结果分析65-72
• 5.2.1 充电电压对冲击力峰值影响65-67
• 5.2.2 板间距对冲击力峰值影响67-69
• 5.2.3 脉冲线圈电感对冲击力峰值影响69
• 5.2.4 脉冲线圈外形对冲击力峰值影响69-70
• 5.2.5 铝板厚度对冲击力峰值影响70-72
• 5.3 实验结果与仿真数据对比72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 工作总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 在学期间发表的学术论文80-81
• 附录一 平板脉冲线圈电感计算81-82
• 附录二 矩形线圈F值计算82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 周晓;刘军;;电磁冲击加载平板线圈的有限元分析[J];机械科学与技术;2013年02期

2 丁波;王世博;牛岩军;;基于EWB和ANSYS的电脉冲清车力学特性研究[J];矿山机械;2012年05期

3 李斌;;飞机除冰/防冰液及除冰技术[J];清洗世界;2012年01期

4 张纱;王世博;朱文杰;;基于ANSYS电-磁-结构耦合模型的电脉冲力学特性分析[J];煤矿机械;2010年11期

5 吴小华;杨堤;张晓斌;马亮;范冰洁;;飞机电脉冲除冰系统的建模与仿真[J];系统仿真学报;2010年04期

6 姚远;林贵平;;电脉冲除冰系统的建模与计算分析[J];飞机设计;2008年01期

7 钟长生,杜亮,洪冠新;飞机结冰引起的飞行动力学问题探讨[J];飞行力学;2004年03期

8 邹衡时;线圈快速设计法[J];机电元件;1998年04期

9 明明;;美国飞机结冰失事的统计分析[J];国际航空;1993年02期

，

本文编号：1023469