實驗名稱：基于壓電驅(qū)動器的機翼除冰方法

實驗原理：本試驗的研究方法使用輕質(zhì)的壓電驅(qū)動器，利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，通過給壓電晶體施加一定的電場來引起結(jié)構(gòu)的振動，選擇合適的頻率和振型態(tài)，使之變形和產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到機翼與冰層的黏結(jié)力，從而達(dá)到除冰的目的。研究中選用鋁板建模和分析，利用有限元模型來預(yù)測它的共振頻率和剪切應(yīng)力。在多普勒激光測振儀的幫助下可以觀察到結(jié)構(gòu)的多階振動模態(tài)，選擇合適的頻率和模態(tài)在覆結(jié)了冰層的模型上進(jìn)行實驗。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-1372A功率放大器、多普勒激光測振儀及其控制系統(tǒng)、壓電陶瓷、鋁板

實驗過程：首先對四邊固支的矩形板進(jìn)行測振實驗，多普勒激光位移測振系統(tǒng)通過電腦控制，控制盒發(fā)出0-2KHz的掃頻信號，通過ATA-1372A功率放大器，測振實驗中電壓不用很高，本試驗放大為50V的峰峰值，信號驅(qū)動位于矩形板上的壓電片，引起矩形板的振動，多普勒激光測振儀采集了振動模態(tài)、振動位移和振動速度等信息，并通過軟件處理可以以圖形的形式表示，再分析對除冰較為重要的面外振動，選取較大位移下的驅(qū)動頻率作為壓電片的工作頻率，試驗框圖如圖一所示。

圖一實驗框圖

多普勒激光測振儀可以得到這些共振頻率下相應(yīng)的振型。由激光測振儀得到的模態(tài)圖形和Ansys仿真得到的圖形對比，因第二階是振型反對稱，在兩個對稱位置壓電片激勵下因為存在相位差，使得第二階振型的幅值相消，無法將第二階模態(tài)激勵出來，將測振實驗得到的前幾階振型和Ansvs仿真得到的振型比較，可以看到除了因為壓電片相位差使第二階振幅相消導(dǎo)致不能辨出第二階模態(tài)外，實驗得到的共振模態(tài)和仿真值吻合的很好。觀察多普勒激光測振儀得到的各階振型的最大位移，發(fā)現(xiàn)在83.4Hz，213.8Hz，233.4Hz時最大振幅比較大。在50V的峰峰值電壓下由多勒激光測振儀測得的最大位移如圖二所示。

實驗找出多普勒激光測振儀得到的薄板在0-2KHZ掃頻下振幅較大的頻率點，由振型可以判斷出這幾個頻率值是薄板的固有頻率，與它們的振型相對應(yīng)。這幾個共振頻率激勵起的最大位移較大，使用該頻率為壓電片工作頻率，進(jìn)行接下來的除冰實驗。

建造尺寸為0.40mX0.24mX0.001m的鋁板,材料為硬鋁12，四支固定,壓電片尺寸為0.3mX0.3mX0.0002m，材料是PZT5，貼片方式如圖三所示。將鋁板放入低溫冰箱中，冰箱溫度控制范圍為-35°C~20°C，控制的精度為0.1℃。

實驗結(jié)果：讓冰在-20°C的環(huán)境下結(jié)冰，放置1小時，將溫度調(diào)至-15°C，在此溫度下進(jìn)行除冰實驗激勵源可為信號發(fā)生器，通過ATA-2031功率放大器，電壓放大到峰峰值為300V來激勵。使用測試出的不同頻段，來激振不同的振動模態(tài)，可以觀察到頻率在233Hz的時候除冰效果顯著，由之前的測振實驗可以看到頻率激發(fā)的主要是第三階模態(tài)，在測振實驗中雖然還有其他頻率值顯示振動位移較大但只有第三階才能達(dá)到除冰效果，這是因為第三階是諧振模態(tài)，這個結(jié)果與仿真得到的只有第三階模態(tài)能夠除冰的結(jié)論非常吻合。

圖：ATA-1372寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

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