基于压电材料的飞机结冰探测系统

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1、中图分类号：V244.1论文编号：102870118-S235学科分类号：082504硕士学位论文基于压电材料的飞机结冰探测系统研究生姓名赵伟伟学科、专业人机与环境工程研究方向飞机防/除冰技术指导教师朱春玲教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringAircrafticingdetectionsystembasedonpiezoelectricmaterialsAThesis

2、inMan-Machine&EnvironmentEngineeringbyZhaoWeiweiAdvisedbyProf.ZhuChunlingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

3、本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文基于压电材料介绍了两种结冰探测方法，即超声导波结冰探测技术和超声脉冲回波结冰探测技术。在超声导波结冰探测技术中，首先推导出Lamb波的频散方程，并通过二分法计算了频散曲线，得出Lamb波具有截止频率，频散现象和多模态出现等规律；再以有限元软件模拟了不同结冰参数下的导波传播情况，发现随着冰层的厚度和长度的改变，导波都发生了峰值衰减和峰值时间滞后的现

4、象，且根据模态之间的数据对比发现S0模态对冰层更为敏感；搭建了超声导波结冰探测实验平台，选取了尺寸为∅6×1.2mm的压电陶瓷片作为实验传感器；首先以一个简单的验证性实验验证了超声导波可以用于飞机结冰的探测，然后分别在平面铝板和曲面翼型上进行了结冰探测实验，发现三个系统都能把结冰信息进行较好的重构与反馈。在超声脉冲回波结冰探测技术中，根据衰减理论指出在超声脉冲波在霜冰中的衰减主要是由于霜冰内部的“散射体”（气泡）导致超声波发生了散射并且造成能量损失，然后给出了计算衰减系数的方法；搭建了实验平台，在时域范围内通过相关系数来判断是否发生结冰，通过计算渡越时间能得到冰层

5、的厚度，在频域范围内通过傅里叶变换和计算衰减系数得到冰型的信息；在实验中首先验证了结冰厚度探测的准确性，然后以三个不同样本的冰型进行了衰减系数的计算，发现冰层的孔隙率越大，衰减系数也就越大。最后对全文进行了总结，对本文所研究的内容中所存在的不足和创新点进行了叙述，然后给出两种探测方法的具体安装方案。关键词：结冰探测，压电材料，超声导波，超声脉冲回波，衰减系数I基于压电材料的飞机结冰探测系统ABSTRACTInthispaper,twokindsoficedetectionmethodsareintroducedbasedonpiezoelectricmateria

6、ls,whichareultrasonicguidedwaveicedetectionandultrasonicpulseechodetection.Intheultrasonicguidedwaveicingdetectiontechnology,deducedLambwavedispersionequation,andthroughthedichotomyofcalculatingthedispersioncurves,obtainedwithLambwavecutofffrequency,frequencydispersionandmultimodesof;

7、andusingthefiniteelementsoftwaretosimulatethewavepropagationbydifferenticingparameters,withthethethicknessoftheiceandthechangeinlengthofguidedwavehadpeakattenuationandpeaktimelagphenomenon,andaccordingtothecomparisonbetweenthedatamodethattheS0modeismoresensitivetoice;buildtheultrasoni

8、cguid