Lamb波结冰探测的数值模拟与实验研究

摘要

随着全球航空产业的迅速发展，飞机结冰导致的飞行安全问题越来越受到重视，飞机结冰探测系统为飞机结冰防护系统提供结冰气象参数和工作信号，其探测原理及可靠性成为重要的研究方向。将近年来应用广泛的Lamb波损伤探测技术应用于飞机结冰探测，发展了一种新型保形的飞机结冰实时探测系统。采用数值分析与实验验证相结合的方法，研究了 Lamb波结冰探测技术的基本原理和探测方法，验证了Lamb波用于结冰探测的可行性。
　　根据 Lamb波在平面铝板中的力学特性，建立其在上下自由平面铝板中的波结构方程，进而推导出 Lamb波的频散方程，利用二分法求解频散方程，得到数值解，并绘制频散曲线，根据频散曲线选择适合用于结冰探测的Lamb波频率与模态。根据波在固体中的传播原理，采用有限元软件建立结冰探测模型，模拟Lamb波在平面铝板中的传播过程，对比结冰前后S0模态下的Lamb波波形，分别得到结冰长度和结冰厚度与Lamb波传播特性之间的关系。开展Lamb波结冰探测系统的性能实验，结果表明，本文对 Lamb波结冰探测的数值结果与实验结果的相对误差小于3%，验证了本文模型和数值方法的正确性。最后，利用压电阵列网络，通过对结冰前后 Lamb波信号进行数据处理，实现结冰范围的探测，实际结冰位置与实验探测误差小于10mm。
　　本文对飞机结冰探测方法的定量研究以及对结冰范围的Lamb波信号算法研究，对后续Lamb波结冰探测方法的深入研究和工程应用提供基础和技术支持。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2飞机结冰探测技术

1.3 超声导波结冰探测技术研究现状

1.4本文主要研究内容与安排

第二章 Lamb波基本理论与频散特性

2.1 Lamb波建模

2.2 Lamb波频散曲线

2.3小结

第三章 Lamb波结冰探测的数值模拟

3.1有限元法模拟Lamb波结冰探测

3.2 Lamb波对结冰进行定量分析

3.3 Lamb波探测频率

3.4小结

第四章 Lamb波结冰探测的实验研究

4.1 Lamb波结冰探测系统

4.2飞机结冰定量探测试验

4.3 Lamb波信号对结冰范围的定位技术

4.4小结

第五章 总结与展望

5.1本文主要研究内容

5.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文