翼型压电振动除冰理论和实验研究

发布时间：2017-10-15 15:13

  本文关键词：翼型压电振动除冰理论和实验研究

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【摘要】：飞机结冰问题在航空领域是影响航空安全的一个重要问题,针对该问题国内外学者研究了不同种类的飞机防除冰方法,其中压电振动除冰方法作为一种新型的防除冰方法,在近年来得到了广泛的研究。本文主要以翼型结构作为研究对象,研究翼型上的压电振动除冰方法,并通过实验的手段来验证该除冰方法的可行性。针对机翼曲面复杂的几何特性,推导了针对翼型曲面的各点切/法向方向矢量求解算法和基于翼型曲面的压电元件可贴范围求解算法,在此基础上研究了位移和弹性应力应变等变量的坐标变换算法。基于有限元建模分析涉及到的问题,研究了压电材料参数确定、单元选取、整体模型创建过程和压电元件等功耗输入问题等几个方面的内容。对平板结构和翼型结构的模态振型进行了描述,并在准确建立压电耦合分析模型的前提下,针对宽度方向布局位置、贴片数量和贴片集中度三种情况下的压电元件布局规律进行了分析和研究。结合不同的布局规律,设计了多种压电元件布局方式,并通过对比分析确定了最佳布局方式。基于理论研究的结果,设计并搭建了翼型压电振动除冰研究实验台,在地面冷环境和冰风洞结冰环境下进行了实际防/除冰实验,实验中冰层出现裂纹和冰脱落的实验现象证明了压电振动除冰技术的可行性。本文的研究思路、方法及结论可以为后续的压电振动除冰方法的研究提供理论和实验上的参考,为压电振动除冰技术的进一步发展和实用化提供研究基础。
【关键词】：防除冰 压电元件 振动 翼型 有限元分析 布局方式 实验研究
【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
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景及意义14-16
• 1.1.1 飞机结冰问题及结冰危害14-15
• 1.1.2 飞机防除冰方法15-16
• 1.2 压电振动除冰方法发展现状16-18
• 1.2.1 国外发展现状16-17
• 1.2.2 国内发展现状17-18
• 1.2.3 现状分析及总结18
• 1.3 本文的主要研究工作18-20
• 第二章 翼型曲面相关几何关系研究20-38
• 2.1 翼型曲面各点方向矢量求解过程20-28
• 2.1.1 一般求解方法介绍及分析20-21
• 2.1.2 针对翼型曲面的具体算法过程21-27
• 2.1.3 算法验证27-28
• 2.2 翼型曲面上压电元件可贴范围研究28-32
• 2.2.1 允许间隙设定和位置求解方法28-30
• 2.2.2 针对机翼翼型的压电元件可贴范围研究30-31
• 2.2.3 针对一般连续曲线/曲面的压电元件可贴区域确定31-32
• 2.2.4 算法验证32
• 2.3 翼型曲面各点相关分量变换求解研究32-37
• 2.3.1 翼型曲面各点位置确定方法32-33
• 2.3.2 翼型曲面上相关坐标变换33-36
• 2.3.3 变形后曲线的求解过程36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 耦合模型有限元仿真相关问题研究38-53
• 3.1 材料参数问题38-43
• 3.1.1 压电材料参数介绍38-40
• 3.1.2 三维压电材料参数矩阵变换方法40-42
• 3.1.3 二维压电材料参数矩阵确定方法42-43
• 3.2 单元选取问题43-45
• 3.2.1 二维压电单元的选取43-44
• 3.2.2 三维结构实体单元与壳单元选择44-45
• 3.3 整体模型创建问题45-48
• 3.3.1 有限元模型的粘接问题45-46
• 3.3.2 接触单元的应用46-48
• 3.3.3 整体耦合模型的创建过程48
• 3.4 有限元仿真分析方法准确性验证48-50
• 3.4.1 平板结构仿真方法准确性验证48-49
• 3.4.2 薄壁曲面结构仿真方法准确性验证49-50
• 3.5 针对压电元件的等功耗问题50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 压电元件布局规律研究53-67
• 4.1 平板上压电元件布局规律研究53-59
• 4.1.1 最佳除冰振型的选取53-55
• 4.1.2 压电元件在板宽度方向上布局位置的影响55-57
• 4.1.3 压电元件贴片数量的影响57-58
• 4.1.4 压电元件贴片集中度的影响58-59
• 4.2 翼型曲面压电元件排布规律研究59-65
• 4.2.1 机翼模态振型描述59-61
• 4.2.2 最佳除冰振型的选取61-62
• 4.2.3 压电元件在翼型展向上布局位置的影响62-63
• 4.2.4 压电元件贴片数量的影响63-64
• 4.2.5 压电元件贴片集中度的影响64-65
• 4.3 针对翼型曲面的压电元件布局方式设计65-66
• 4.3.1 具体布局方式设计65-66
• 4.3.2 除冰效果仿真模拟66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 翼型压电振动除冰实验研究67-77
• 5.1 实验台设计与搭建67-71
• 5.1.1 实验翼型相关结构设计67-68
• 5.1.2 压电元件选择68
• 5.1.3 实验设备选择68-69
• 5.1.4 整体实验台搭建69-71
• 5.2 地面冷环境实验71-72
• 5.3 冰风洞结冰环境实验72-74
• 5.4 超声除冰过程中温度的变化74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 本文主要研究内容总结77-78
• 6.2 本文的主要创新点78
• 6.3 研究工作展望78-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1037824