[发明专利]一种基于超声波的低能耗快速探测及除冰方法

说明书

本发明涉及超声波应用及除冰方法领域，具体涉及一种基于超声波的低能耗快速探测及除冰方法。首先利用电热法结合快温技术将结构表面升温到‑10℃以上，使覆冰粘接强度降低至数百KPa，然后开启超声激励模块，利用超声波在覆冰区域传播时产生的水平剪切波SH波和lamb波，在覆冰与基板界面产生速度差形成剪切力，使覆冰脱落；同时，超声激励模块可应用于基于相控阵技术的超声积冰远程探测，通过收集反馈的超声信号，监测结构表面的积冰情况。本发明具有低能耗，除冰效果好，不影响结构表面气动外形等优势。

技术领域

本发明涉及超声波应用及除冰方法领域，具体涉及一种基于超声波的低能耗快速探测及除冰方法。

背景技术

飞机作为现代社会中常见的一种交通工具，同时也是重要的军事武器之一，越来越成为现代社会不可分割的一部分。而飞机积冰现象则是已知的威胁飞机飞行安全的重要因素之一。

由于飞机穿过云层时，云层中的过冷小水滴与机体接触后发生结冰现象，或者高湿度的空气在低温环境下直接在机体表面凝结形成冰层。当外界温度低于零度时，飞机穿行于含有过冷大水滴的云层中时，表面就会产生明显的覆冰层，覆盖于飞机的整流罩、机翼表面或发动机的进气口处，对于飞机表面的气动特性具有较大的影响，严重会直接导致飞机失去控制，造成重大飞行事故。

对此，国内外从上世纪20年代开始研究飞机防除冰技术，并取得了很多进展。

目前，常用的飞机表面防除冰技术有电热法、气囊除冰法、防冰涂层等。其中电热发通过电力加热结构表面使冰层融化，缺点在于能耗较高，且容易形成二次结冰；气囊除冰法通过气囊的膨胀收缩使冰层碎裂脱落，缺点在于会影响结构的气动外形，仅适用于低速飞机；防冰涂层法通过在结构表面涂抹疏水涂层减少覆冰，无能耗损失但耐用性较低，除冰效果差。

发明内容

本发明提供了一种基于超声波的低能耗快速探测及除冰方法，基于超声波技术，以提高除冰速度，降低除冰能耗。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于超声波的低能耗快速探测及除冰方法，包括：

步骤一：将电热装置均匀分布安装在待除冰的结构表面，将超声激励器均匀分布安装在待除冰的结构内表面；

步骤二：利用上述均匀分布的超声激励器，产生和收集超声波信号，通过分析超声波信号的变化情况，得到结构表面的结冰信息；

步骤三：通过上述结构表面结冰信息分析，打开电热装置，通过其快速升温产生覆冰粘接界面热应力，以此降低覆冰粘接强度，等待进入后续超声除冰范围；

步骤四：通过启动超声激励器产生超声波，利用超声波在积冰区域传播时产生的水平剪切波即SH波和lamb波，在覆冰与基板界面产生速度差，形成剪切力去除覆冰；

步骤五：通过超声激励器作为积冰监测设备收集反馈的超声信号，根据实时积冰厚度、位置等信息，判断得到是否再次开启除冰设备。

技术说明：

步骤一包括：将电热装置均匀分布安装在待除冰的结构表面，将超声激励器均匀分布安装在待除冰的结构内表面，

其中，所述电热装置为多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料，能够实现快速温度反应，其电热效率高、工作稳定性和热稳定性好；所述的超声激励器由压电材料制成，将高频电信号转化为机械振动产生超声波，同时作为传感器将超声信号转化为电信号；

步骤三包括：通过上述结构表面结冰信息分析，打开电热装置，通过其快速升温产生覆冰粘接界面热应力，以此降低覆冰粘接强度，等待进入后续超声除冰范围，

其中，所述升温过程只需加热至-10℃，不需要融化积冰；