實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：基于壓電驅(qū)動(dòng)器的機(jī)翼除冰方法

實(shí)驗(yàn)原理：本試驗(yàn)的研究方法使用輕質(zhì)的壓電驅(qū)動(dòng)器，利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，通過(guò)給壓電晶體施加一定的電場(chǎng)來(lái)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，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(jī)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(lái)預(yù)測(cè)它的共振頻率和剪切應(yīng)力。在多普勒激光測(cè)振儀的幫助下可以觀察到結(jié)構(gòu)的多階振動(dòng)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(shí)驗(yàn)。

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

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

圖一實(shí)驗(yàn)框圖

多普勒激光測(cè)振儀可以得到這些共振頻率下相應(yīng)的振型。由激光測(cè)振儀得到的模態(tài)圖形和Ansys仿真得到的圖形對(duì)比，因第二階是振型反對(duì)稱(chēng)，在兩個(gè)對(duì)稱(chēng)位置壓電片激勵(lì)下因?yàn)榇嬖谙辔徊睿沟玫诙A振型的幅值相消，無(wú)法將第二階模態(tài)激勵(lì)出來(lái)，將測(cè)振實(shí)驗(yàn)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?yàn)閴弘娖辔徊钍沟诙A振幅相消導(dǎo)致不能辨出第二階模態(tài)外，實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)最大振幅比較大。在50V的峰峰值電壓下由多勒激光測(cè)振儀測(cè)得的最大位移如圖二所示。

實(shí)驗(yàn)找出多普勒激光測(cè)振儀得到的薄板在0-2KHZ掃頻下振幅較大的頻率點(diǎn)，由振型可以判斷出這幾個(gè)頻率值是薄板的固有頻率，與它們的振型相對(duì)應(yīng)。這幾個(gè)共振頻率激勵(lì)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(lái)的除冰實(shí)驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)結(jié)果：讓冰在-20°C的環(huán)境下結(jié)冰，放置1小時(shí)，將溫度調(diào)至-15°C，在此溫度下進(jìn)行除冰實(shí)驗(yàn)激勵(lì)源可為信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)ATA-2031功率放大器，電壓放大到峰峰值為300V來(lái)激勵(lì)。使用測(cè)試出的不同頻段，來(lái)激振不同的振動(dòng)模態(tài)，可以觀察到頻率在233Hz的時(shí)候除冰效果顯著，由之前的測(cè)振實(shí)驗(yàn)可以看到頻率激發(fā)的主要是第三階模態(tài)，在測(cè)振實(shí)驗(yàn)中雖然還有其他頻率值顯示振動(dòng)位移較大但只有第三階才能達(dá)到除冰效果，這是因?yàn)榈谌A是諧振模態(tài)，這個(gè)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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