一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法
专利汇可以提供一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法专利的具体信息内容。
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，cTi(i＝1,2,3)为层中的体剪切波波速： μi为拉梅常数，ρi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：
u3i＝[Ai sin(qix2)+Bi cos(qix2)]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；
Ai、Bi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Ai、Bi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|amn|6×6＝0，其中amn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。
5.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，上述步骤2)具体包括：首先根据控制方程f(h1,h2,f,c)＝0，利用MATLAB计算求出不同h1、h2值下一阶模态频散关系曲线，从频散关系曲线中得到，当SH波波长大于旋翼厚度时，一阶模态相速度受到上下层冰层的共同影响或者出现上下层冰层厚度变化不影响一阶模态相速度的情况，对于这两种情况都无法用来判断冰层厚度；因此，用于检测冰层厚度的SH波波长在选择时应小于旋翼厚度；
当SH波波长小于旋翼厚度时，根据控制方程f(h1,h2,f,c)＝0，固定频率f，得到h1取不同值时，h2与一阶模态相速度的关系曲线；从h1和h2对一阶模态相速度值c的影响得出，max(h1,h2)值对一阶模态相速度值的影响明显占优，而min(h1,h2)值对一阶模态相速度值影响微弱，并且在max(h1,h2)值固定时，随着频率的增加，min(h1,h2)值对一阶模态相速度值影响减小；
对于控制方程f(h1,h2,f,c)＝0，若max(h1,h2)值固定，由对称性，假设固定h1，每一个频率f下，都能求出与一阶模态相速度的关系曲线，即f(h1,h2,f,c)＝0；当频率值为f0时，一阶模态相速度中最大值与最小值之差δ等于某一预设小值ε0时，此时忽略冰层薄层对一阶模态相速度的影响，并且由于频率越大，δ越小，使得在大于频率值f0时，一阶模态相速度认为只受到冰层厚层的厚度值影响；当冰层厚层的厚度值连续取值时，绘制出一条曲线，其横坐标为上述频率值，纵坐标为冰层薄层对一阶模态相速度影响忽略时的一阶模态相速度；并且处于该曲线下方的频率与一阶模态相速度点只与冰层厚层的厚度对应，而与冰层薄层的厚度无关；
根据f(h1,h2,f,c)＝0，得出c＝g(h1,h2,f)，已知当f≥f0时，覆盖冰层薄层的厚度值对一阶模态相速度影响忽略，则c＝g(h1,f)，该函数即一阶模态相速度只与冰层厚层的厚度值有关的区间。
6.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，上述步骤4)具体包括：由控制方程f(h1,h2,f,c)＝0得到的位移的表达式u＝f1(h1,h2,f)；利用MATLAB求出在每一个频率下两个厚度值取任意值时的位移情况；
根据u＝f1(h1,h2,f)，通过对h1、h2在各频率下不同的取值，得到不同h1、h2取值时上下冰层表面同一x1坐标处点的一阶模态位移幅值的大小关系；该幅值大小关系对应于厚度关系，即该位移幅值大的那层覆盖冰层厚度大，而位移幅值小的那层覆盖冰层厚度小，若位移幅值相等，则上下表面覆盖冰层厚度也相等。
7.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
3)具体包括：根据检测时SH波的中心频率与所得到的一阶模态相速度值，若属于上述区间，则满足此时一阶模态相速度与冰层厚层的厚度的对应关系，即
若不属于上述区间，则此时一阶模态相速度受到厚层厚度与薄层厚度共同影响，无法准确判断覆盖冰层厚度，应当增加中心频率，使得频率与一阶模态相速度值处于上述区间内；若所得到的一阶模态相速度等于冰层中体剪切波波速时，可知此时频率过高，应降低检测时SH波的中心频率。
一种利用SH波检测旋翼结冰冰层厚度的方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
h2，材料参数为：μ＝54.675GPa,ρ＝2700kg/m，坐标系选取如图所示。
50KHz。
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