[發(fā)明專利]一種超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110579624.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113148181B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于全朋;周世圓;趙明華;胡曉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B64D15/00
• 分類號(hào): B64D15/00;B64D15/20
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 劉西云

本發(fā)明提供一種超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化系統(tǒng)，結(jié)冰監(jiān)測(cè)時(shí)壓電換能器產(chǎn)生和接收Lamb波信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的Lamb波信號(hào)判斷是否發(fā)生結(jié)冰，出現(xiàn)結(jié)冰時(shí)，結(jié)冰監(jiān)測(cè)功能關(guān)閉，除冰功能開啟，在壓電換能器上加載連續(xù)波激勵(lì)進(jìn)行除冰；同時(shí)，本發(fā)明呈等邊三角形的壓電換能器布置方式，相鄰的兩個(gè)壓電換能器之間距離均相等，能夠保證結(jié)冰監(jiān)測(cè)時(shí)保持相同的靈敏度；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于嵌入飛機(jī)機(jī)翼中、防除冰一體化、低功耗、飛機(jī)飛行過程中能量消耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣，尤其適用于飛機(jī)機(jī)翼在線結(jié)冰監(jiān)測(cè)與除冰。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲波防除冰技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

飛機(jī)在寒冷的天氣情況下飛行，遇到含有過冷水滴的云層時(shí)，機(jī)身外部會(huì)發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，特別是機(jī)翼表面結(jié)冰會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)的飛行安全，表現(xiàn)為積冰對(duì)空氣動(dòng)力的影響，引起飛機(jī)飛行的升力下降和阻力升高，飛機(jī)不能按設(shè)計(jì)參數(shù)航行，降低了飛機(jī)的操作性能，導(dǎo)致機(jī)翼以及機(jī)身發(fā)生振動(dòng)并產(chǎn)生噪音，使飛機(jī)產(chǎn)生疲勞損傷，降低飛機(jī)的使用壽命，甚至?xí)斐蓹C(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果。

因此，飛機(jī)飛行時(shí)，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)機(jī)翼結(jié)冰、及時(shí)高效去除機(jī)翼積冰是保障飛機(jī)安全飛行的必要措施，設(shè)計(jì)一種低功耗超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化裝置具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化系統(tǒng)，具有防除冰一體化、嵌入式和低功耗特點(diǎn)，適用于在線防除冰。

一種超聲波飛機(jī)機(jī)翼在線防除冰一體化系統(tǒng)，包括信號(hào)源、多路開關(guān)復(fù)用器、計(jì)算機(jī)以及壓電換能器陣列，所述壓電換能器陣列布置于機(jī)翼表面，且壓電換能器陣列中的各壓電換能器呈等邊三角形排布，且任意一個(gè)壓電換能器與其相鄰的壓電換能器之間的距離都相同；

所述計(jì)算機(jī)通過多路開關(guān)復(fù)用器依次選取每個(gè)壓電換能器作為主壓電換能器執(zhí)行以下如下步驟，完成機(jī)翼整體的結(jié)冰監(jiān)測(cè)和去除：

S1：計(jì)算機(jī)通過控制多路開關(guān)復(fù)用器選取其中一個(gè)與主壓電換能器相鄰的壓電換能器作為副壓電換能器，并令所述在線防除冰一體化系統(tǒng)工作于監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式，且監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式包括以下操作：所述計(jì)算機(jī)控制信號(hào)源產(chǎn)生tone-burst信號(hào)，tone-burst信號(hào)再經(jīng)由多路開關(guān)復(fù)用器后接入主壓電換能器；主壓電換能器在tone-burst信號(hào)激勵(lì)下產(chǎn)生Lamb波；副壓電換能器接收所述Lamb波，并將Lamb波發(fā)送給計(jì)算機(jī)，以使計(jì)算機(jī)通過Lamb波判斷兩個(gè)壓電換能器之間的機(jī)翼區(qū)域是否結(jié)冰；

S2：根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式的判斷結(jié)果來決定是否切換在線防除冰一體化系統(tǒng)的工作模式，其中，若判斷結(jié)果為是，則將監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式切換為除冰模式，然后進(jìn)入步驟S3，若為否，保持監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式不變并進(jìn)入步驟S4，其中，所述除冰模式包括以下操作：計(jì)算機(jī)控制信號(hào)源產(chǎn)生連續(xù)波，連續(xù)波再經(jīng)由多路開關(guān)復(fù)用器激勵(lì)當(dāng)前處于同一閉合回路的主壓電換能器和副壓電換能器進(jìn)行除冰；

S3：除冰模式持續(xù)設(shè)定時(shí)間后，將除冰模式再切換回監(jiān)測(cè)結(jié)冰模式，并重復(fù)步驟S1～S2，直到兩個(gè)壓電換能器之間的機(jī)翼區(qū)域的冰被完全去除；

S4：計(jì)算機(jī)控制多路開關(guān)復(fù)用器選取下一個(gè)與主壓電換能器相鄰的壓電換能器作為副壓電換能器來重復(fù)步驟S1～S3，直到遍歷所有與主壓電換能器相鄰的壓電換能器，完成主壓電換能器及其相鄰的壓電換能器之間的結(jié)冰狀態(tài)判斷和除冰。

進(jìn)一步地，將壓電換能器陣列左上角的壓電換能器作為第一個(gè)主壓電換能器，則下一個(gè)主壓電換能器的確定方法為：將位于當(dāng)前主壓電換能器右側(cè)的壓電換能器轉(zhuǎn)換為主壓電換能器，其中，若當(dāng)前主壓電換能器的右側(cè)沒有壓電換能器，則將下一行的第一個(gè)壓電換能器轉(zhuǎn)換為主壓電換能器。

進(jìn)一步地，按順時(shí)針或逆時(shí)針的順序從主壓電換能器相鄰的壓電換能器選取一個(gè)作為副壓電換能器。

進(jìn)一步地，所述壓電換能器的類型為PZT-4，厚度為1mm，長度和寬度均為20mm。