电脉冲除冰系统的电磁场分析

针对NASA CR-4175试验电脉冲除冰系统,建立了该系统的电磁场涡流有限元分析模型,分析了试验蒙皮在涡流场中法向及径向的磁感应强度,采用麦克斯韦应力法计算了该蒙皮所受的瞬态电磁力,并与Hender-son模型计算结果以及实验测量值进行了拟合偏差比较。同时在不改变电路的情况下,研究了蒙皮厚度、蒙皮电导率、蒙皮-线圈间隙这3个因素对电脉冲除冰效果产生的可能影响。结果表明,电磁场涡流有限元分析模型所计算的磁感应强度比Henderson模型更吻合实验值;趋肤深度范围内的试验蒙皮厚度愈大、蒙皮电导率愈大、蒙皮-线圈间隙愈小,蒙皮所受的峰值脉冲力愈大,即意味着这些参数条件下的除冰效果将更佳。

电脉冲除冰系统除冰激励的仿真研究

建立了电脉冲除冰实验系统的二维电磁涡流场分析模型,提出了数值计算后处理求解试验蒙皮表面除冰激励分布的方法,并利用有限元动力分析方法建立了试验蒙皮的三维动力分析模型,通过在模型上加载后处理所得的表面瞬态压力,仿真获得了试验蒙皮的响应加速度,最后引入加速度实验用以验证模拟值。结果表明,基于二维电磁涡流场数值计算后处理求解除冰激励与有限元动力分析试验蒙皮的方法,所得的加速度与实验测量值吻合较好,因此说明了所述方法的正确性,可为电脉冲除冰系统的冰层破坏分析奠定基础。

电脉冲除冰系统的结构力学性能分析

电脉冲除冰(EIDI)作为一种电动-机械式除冰系统,具有广阔的应用前景。本文采用线圈和金属平板组成的电脉冲系统作为EIDI结构动力学模型的研究对象,基于有限元分析软件MSC/NASTRAN,建立了一套针对典型平板-线圈结构的EIDI系统结构动力学仿真模型,研究了模型的固有特性(模态与频率)与时域响应分析,并开展了仿真模型的实验验证。研究了基于模型的EIDI系统结构动力学特性,重点关注最大应变和位移在空间的分布规律,并讨论了电容、电压等放电参数的影响。研究表明,电脉冲作用下,平板最大位移分布特性近似"马鞍型",提升电容和电压可以增大脉冲力峰值和结构变形量,同时减小固定位置处的应变。

电脉冲除冰系统非线性等效电路分析

为了更有效地进行电脉冲除冰系统(EIDI)的电路参数设计,利用能量守恒原理研究了电脉冲除冰中系统振动能量的非线性等效负载,并推导了与系统参数相关的非线性等效电路模型.在ANSOFT Maxwell电磁场有限元环境中建立了轴对称圆柱型脉冲线圈的三维瞬态电磁场仿真模型,采用数值拟合的方法得到在除冰激励周期内法向电磁力的表达式;在此基础上研究了铝板蒙皮在该脉冲力作用下的形变表达式和电磁力做功情况.最终利用非线性等效电路模型设计了不同气隙间距下的储能元件电路参数,且通过实验验证了本文方法的正确性,为电脉冲除冰系统的设计提供了理论依据.

电脉冲除冰系统的加速度试验研究

介绍了电脉冲除冰系统的加速度试验,并以峰值加速度为脉冲效果的评判标准,研究了该系统的脉冲性能参数如储能电容器的初始放电电压、电容器的电容量、脉冲线圈与试验蒙皮之间的间距、脉冲线圈的外径以及绕制线圈导线的厚度对脉冲效果的影响。结果表明,放电电压越大,电容量越大,脉冲线圈-试验蒙皮的间距越小,导线厚度越大均会使得峰值加速度增大;但脉冲线圈外径为60 mm的峰值加速度要高于外径为40 mm与80 mm的。该结论可用于指导电脉冲除冰系统的设计。

电脉冲除冰系统电磁脉冲力仿真分析

为了获得更精确的电脉冲除冰(EIDI)系统中电磁力在飞机蒙皮上的分布及其随时间变化的情况,针对系统的工作原理与工作过程进行了仿真研究。计算分析了EIDI系统电路中电流随时间变化的关系;通过麦克斯韦方程组的求解完成了EIDI系统电磁场的仿真;计算分析了电磁力随时间变化的规律,获得了蒙皮上的磁感应强度分布、涡电流密度分布和瞬态电磁力密度分布。考虑线圈工作时蒙皮对其电感的影响,建立了更接近真实电路的激励加载方法,得到了准确的电磁力变化趋势;考虑趋肤效应对蒙皮厚度方向上涡电流密度、电磁力密度分布的影响,用有限元分析方法使蒙皮上电磁力分布的计算更为全面合理。

电脉冲除冰系统线圈的设计及优化

对电脉冲除冰系统线圈和铝板之间产生冲击力进行研究。从能量传递的角度对系统放电过程进行数值计算,在计算峰值电流和峰值时间时考虑线圈感抗、电容容抗和导线电阻等因素。峰值电流计算结果导入二维有限元模型,通过改变线圈与铝板的参数对冲击力进行分析。搭建电脉冲除冰系统力学实验台,进行冲击力实验,分析影响冲击力峰值的因素。对所得冲击力进行分析并与仿真结果进行对比。得出一种有效的平板线圈设计优化方法。

线路电脉冲除冰系统峰值电流仿真计算

为测算线路除冰电脉冲系统中不易直接测量的除冰脉冲力,将其转化为测算与之关联的线圈峰值电流,并验证电脉冲除冰方案的可行性。基于MATLAB软件对电脉冲系统中线圈的峰值电流进行流程建模、程序设计与仿真计算,并将所得结果与峰值电流的理论计算结果进行比较验证。结果表明,仿真计算得出的峰值电流值与理论计算值基本一致,随机误差不超过10%。通过对电脉冲系统的线圈峰值电流进行仿真计算可得出,随着脉冲放电电压的增大,与峰值电流对应的除冰脉冲力也会不断增大,可为之后在人工状态下进行输电线路电脉冲实验提供参考依据。

机翼电脉冲除冰效果的仿真分析

电脉冲除冰系统是保障飞机在结冰气象条件下安全飞行的一种机械除冰系统,它具有高效节能、稳定性好、通用性强等优点。国外研究机构从20世纪70年代起就针对电脉冲除冰系统开展了大量的研究工作,国内关于该方面的研究起步较晚。为研究不同因素对电脉冲除冰系统除冰效果的影响,本文分别建立了简单翼型前缘结构以及NACA2414、NACA2428、NACA2407等多种NACA翼型前缘结构的机翼电脉冲除冰系统的有限元模型,并提出了基于除冰率的系统除冰效果评判准则。基于机翼电脉冲除冰系统有限元模型,采用数值仿真,分别研究了不同幅值脉冲力作用下,脉冲力作用位置、翼型几何形状以及脉冲力作用序列对系统除冰效果的影响。通过对不同系统模型的仿真结果进行分析,可以发现:为达到相同除冰效果,采用对称双脉冲作用所需的幅值明显小于单脉冲作用;相同工况下,相对厚度较小的翼型前缘除冰效果较好,且同一翼型的下翼面的除冰效果略好于上翼面的除冰效果;通过适当调整脉冲触发顺序,可以达到或接近通过单纯增加脉冲载荷所达到的除冰效果。本文通过仿真计算,提炼了机翼电脉冲除冰系统除冰效果随各影响因素的变化规律,指出了机翼电脉冲除冰系统的优化方向,为机翼电脉冲除冰系统的设计奠定了基础。

电脉冲除冰(EIDI)技术研究

将电脉冲除冰(EIDI)系统的一个工作周期分解为四个过程,进而分析其工作原理.以冲击摆锤试验和Bernhart-Schrag模型为例,介绍了电动力学方面的研究方法和研究成果.通过蒙皮表面加速度、应变、振动位移等参数,分析了由脉冲力所产生的结构动力学特性.利用蒙皮表面的应变程度,给出了一种除冰预测准则.总结了包括飞行试验、疲劳试验以及电磁干扰试验在内的工程应用试验研究结果.在此基础上,对EIDI技术的发展方向进行了展望.

电脉冲除冰系统的除冰实验与数值模拟

搭建了电脉冲除冰实验台,完成了脉冲放电500V时的除冰实验,获得了三次除冰激励后的除冰效果.同时,为数值模拟除冰过程,求解了除冰动力即铝板在涡流场作用下的脉冲压力分布,建立了冰-铝板三维有限元分析模型,利用ANSYS单元生死技术瞬态非线性分析了冰层的失效单元,比较了Labeas冰层失效准则与第一强度理论分析冰层失效的效果.结果表明:加载除冰激励后,利用第一强度理论数值仿真去除冰层范围的结果更符合本次除冰实验.

电脉冲除冰系统除冰激励的简化与影响因素

首先建立了电脉冲除冰系统的电路模型,求解了有无二极管条件下的理论脉冲电流曲线,通过分析计算电流与实验电流,提出了将正弦半波电流函数用于电磁场分析以简化研究除冰激励的观点,同时求解了不同电流方式下的电磁压力分布,再用结构动力学分析了不同压力载荷下实验铝板的响应位移。其次通过比较铝板中心位移实验值与动力学求解的响应位移值,其有效的吻合程度验证了用正弦半波函数电流简化电脉冲除冰激励分析的可行性。最后,在利用正弦半波电流函数简化分析脉冲激励的基础上,研究了电流大小、电频率、铝板厚度、铝板弹性模量、铝板密度以及铝板长宽比对最大响应位移的影响。研究结果表明,最大响应位移随电流增大而增大,随铝板厚度、弹性模量与密度的增大而减小,且随电频率的改变而改变,但几乎不受铝板长宽比的影响;在研究电频率时得出,可将电频率与系统结构固有频率以1:1的比例设计,此关系式是电脉冲除冰系统电路设计的基础。

民用飞机机翼结冰防护技术研究

飞机机翼结冰严重危及飞行安全,必须配备可靠的结冰防护设施。介绍电脉冲除冰、电加温防(除)冰、液体防冰、气动除冰和热气防冰方法,通过对比分析,提出民用飞机机翼防(除)冰系统防护方法。同时针对民机适航验证要求进行分析,提出机翼防冰系统的验证方法。