电脉冲除冰系统线圈优化设计及实验

摘要

电脉冲除冰系统具有低功耗、易维修、高可靠性等优点。系统工作时高压电源向系统储能电容器充电，充电完成后，通过触发晶闸管使放电电路导通，电容器和脉冲线圈形成一个单向回路，脉冲线圈中瞬时流过几千安的电流，电流变化在线圈周围产生电磁场。飞机蒙皮上产生感应涡流，根据电磁感应定律，脉冲线圈和蒙皮之间产生几千牛的瞬态电磁力。飞机蒙皮在冲击力的作用下发生微小变形，蒙皮上冰层受力破碎，在气流吹袭下脱落，达到除冰的效果。本文针对电脉冲除冰系统影响脉冲线圈与飞机蒙皮产生的冲击力的因素进行研究。首先对影响脉冲线圈电感的因素进行分析，通过C++程序得出不同线圈不同几何外形和铜线截面尺寸对电感的影响曲线，提出线圈设计优化的思路。将系统简化为RLC电路，从能量传递的角度对系统电路进行微分方程求解，计算时考虑系统中阻抗对衰减角频率的影响，编写程序对其进行修正。数值计算得出系统工作时线圈电流变化曲线，分析影响系统电流峰值及峰值时间的因素，提出改进系统电路的方法。使用ANSYS仿真软件建立脉冲线圈-铝板二维有限元模型，将数值计算所得电流参数加载到线圈单元，仿真得出铝板上所受电磁力变化规律，分析影响电磁力变化的因素提出减少系统能耗的有效方法。设计并搭建了电脉冲除冰系统力学实验台，对不同工作条件下铝板所受冲击力进行研究，分析影响冲击力峰值大小的因素。将实验与仿真所得冲击力峰值进行对比，误差在20％内。

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注释表

第一章 绪论

1.1飞机防除冰研究背景

1.2飞机结冰冰型

1.3 飞机防除冰技术简介

1.4 电脉冲除冰系统国内外发展概况

1.5 本文所做工作

1.6 论文创新点

第二章 飞机电脉冲除冰系统数值计算

2.1 系统的基本原理

2.2 脉冲线圈电感分析

2.3 RLC电路分析

2.4 电路参数修正

2.5 系统电流影响因素

2.6 本章小结

第三章 飞机电脉冲除冰系统线圈-铝板有限元分析

3.1 电磁场理论基础

3.2 ansys二维有限元模型建立及网格划分

3.3 边界条件及载荷加载

3.4 仿真结果分析

3.5 铝板感应电磁力影响因素

3.6本章小结

第四章 电脉冲除冰系统地面实验台设计

4.1 实验台电路设计

4.2 电路组件介绍及选型

4.3线圈设计制作

4.4地面力学实验台搭建

4.5本章总结

第五章 电脉冲除冰系统冲击力实验

5.1实验参数设定

5.2 实验结果分析

5.3 实验结果与仿真数据对比

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文

附录一 平板脉冲线圈电感计算

附录二 矩形线圈F 值计算