● 摘要
结冰条件下，飞机机翼前缘和进气道口易发生结冰现象，这将导致升力下降，飞行阻力增大，进而引起飞机的操纵性和稳定性品质恶化，严重时甚至引起飞机失事。为应对此问题，一系列防/除冰方法应运而生。电脉冲除冰（EIDI）作为一种电动-机械式除冰系统，具有耗能低、重量小、易维护、可靠性高等优点，具有广阔的应用前景。本文采用实验研究和理论建模相结合的方式，较为全面地研究了EIDI系统工作过程中的电动力学与结构动力学变化特性。 基于“同轴双圆环电流电磁理论”，建立了一套EIDI系统电动力学数学模型。经验证，模型计算结果不仅与国外文献中的计算结果吻合较好，而且与本文给出的实验结果相匹配。在此基础上，开展了针对EIDI系统静态参数对脉冲作用影响效果的研究工作，逐一分析了线圈参数、平板参数、边界参数、电路参数对脉冲力的影响规律和特性。获得了脉冲力峰值及脉冲频率的核心影响因素，揭示了脉冲力随时间和空间的变化规律，获得了电路参数、几何结构参数及材料属性参数与脉冲力大小之间的定量关系。 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，基于本文的实验结果验证了模型的正确性。在此基础上，分析了EIDI系统工作过程中，蒙皮表面不同时刻的应变、位移特性。同时，分析了不同电容、电压和蒙皮/线圈间距工况下，蒙皮表面特征位置处在整个工作周期内的最大应变和位移。 设计并搭建了一套EIDI实验系统，分别研究了铝板和机翼模型在脉冲激励作用下的结构动力学响应情况（应变、位移）。铝板实验中，分析了电容、电压、蒙皮/线圈间距参数对于铝板表面特征位置处应变、位移的影响规律以及各测量点应变、位移的变化情况。结果表明最大应变、最大位移随电压、电容的增大而增大；测量点沿线圈半径方向，应变的逐渐变小等规律。机翼模型实验中，研究了电容、电压等参数对机翼模型位移及应变的影响规律，结果表明随着电容、电压的增加，最大位移和最大应变也增加。
本文的研究工作，有助于进一步掌握EIDI系统的工作机理和工作特性，有助于全面认识结构参数、电路参数对于动力学响应的影响。理论分析模型和实验结果为后续除冰效果分析工作提供了理论基础和数据支撑，同时为工程上设计、验证EIDI系统参数提供了有价值的参考依据。