[发明专利]一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法

说明书

本发明公开了一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，利用SH波的频散特性，得出旋翼上下表面覆盖有不同厚度冰层时较厚层的冰层厚度，包括：建立物理模型及控制方程；根据控制方程，利用数值分析软件分析控制方程；计算得出一阶模态相速度只与冰层厚层的厚度值有关的区间；利用上述区间，根据SH波一阶模态频散特性确定冰层厚层的厚度值；根据上下冰层表面位移关系确定冰层厚薄分布情况。本发明能够实现利用SH波对旋翼上下表面覆盖不同厚度冰层时较厚冰层厚度值的检测，为旋翼结冰传感器的设计提供理论依据。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，特别涉及一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法。

背景技术

自1970年以来，当直升机被允许在仪表飞行规则下进行飞行后，直升机飞行遇到了越来越多的云层结冰问题。结冰对直升机性能的影响主要体现在旋翼结冰问题上，旋翼结冰后会对飞行产生不利的影响，如旋翼损伤甚至机毁人亡，因此对于冰层厚度的检测显得尤为重要。目前的技术仍无法避免飞机旋翼结冰问题，但是通过检测飞机旋翼结冰后冰层的厚度，尤其是较厚的冰层厚度，在结冰初期进行预警，或冰层达到一定厚度时发出警告，让飞行员知道旋翼冰层对飞行的影响，从而做出操作判断，避免发生重大事故是非常有意义的。

结冰检测传感器的发展，研究者已经提出了多种检测方法：光学法、热学法、电学法、波导法等，由于声表面波检测方法具有灵敏度高，可无线无源等优点，成为较为理想的飞机结冰检测的方法。但目前研究仅限于对旋翼单侧覆盖有冰层的厚度检测，显然与旋翼上下表面均会出现结冰现象且结冰厚度并不一定相等的实际工况不相符，并且无法对达到一定厚度的冰层进行预警，导致无法满足对旋翼结冰状况进行准确评估。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，以解决现有技术研究仅限于对旋翼单侧覆盖有冰层的厚度检测，与旋翼上下表面均会出现结冰现象且结冰厚度并不一定相等的实际工况不相符，无法对达到一定厚度的冰层进行预警，导致无法满足对旋翼结冰状况进行准确评估的问题。

为达到上述目的，本发明的一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法，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。

优选地，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。

优选地，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：μi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：