[发明专利]一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法

权利要求书

1.一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)建立物理模型及控制方程；

2)利用控制方程计算得出一阶模态相速度值与冰层厚层的厚度值相关的区间；

3)利用上述得到的区间，根据SH波频率与上述得到的一阶模态相速度值确定冰层厚层的厚度值；

4)根据上下冰层表面关于旋翼对称处点的一阶模态位移幅值大小关系确定冰层厚层与冰层薄层在旋翼上下表面的分布情况。

2.根据权利要求1所述的利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，其特征在于，上述步骤1)具体包括：根据旋翼上下表面覆盖的冰层建立三层板物理模型；根据SH波的波动方程与边界条件得到关于上下冰层层厚、频率和波速的控制方程。

3.根据权利要求1所述的利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，其特征在于，上述步骤1)具体包括：旋翼结冰时，上下表面均出现结冰现象，即上下表面将有冰层覆盖，出现一个表面的冰层厚度大于或等于另一个表面的冰层厚度；据此建立物理模型为三层板结构，以板厚中点为o点，板长方向为x₁轴，板厚方向为x₂轴，垂直于板向外方向为x₃轴，其中，中间层为旋翼，上下层为冰层，冰层与旋翼刚性连接，冰层表面为自由表面；

SH波的波动方程为：

其中，u₃为x₃方向位移，c_Ti(i＝1,2,3)为层中的体剪切波波速：μ_i为拉梅常数，ρ_i为各材料密度；由SH波的波动方程可知，各层中x₃方向的位移表示为：

u_3i＝[A_isin(q_ix₂)+B_icos(q_ix₂)]exp[i(kx₁-ωt)]

其中，k为波数：k＝ω/c，c为沿x方向行波速度，ω为声波角频率；A_i、B_i为未知常数；

利用位移和应力的关系表示出应力，再利用边界条件得到关于A_i、B_i为未知数的齐次线性方程组：

若要求此线性方程组有非零解，则其系数行列式为零，即|a_mn|_6×6＝0，其中a_mn元素为线性方程组的系数项；由于旋翼和冰层的材料参数已知，旋翼厚度为已知，可知控制方程：f(h₁,h₂,f,c)＝0只与上下表面冰层厚度h₁、h₂、频率f和波速c有关。

4.根据权利要求3所述的利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，其特征在于，对上述的控制方程f(h₁,h₂,f,c)＝0的分析通过固定其中任意两个变量，利用MATLAB计算得到剩余两个变量的关系曲线，通过所得到的关系曲线来判断变量之间的关系。