實驗名稱：基于壓電驅動器的機(ji)翼除(chu)冰方(fang)法(fa)

　　實驗原理：本試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)方法使(shi)用(yong)(yong)輕(qing)質的(de)(de)(de)(de)壓電(dian)驅(qu)動器，利用(yong)(yong)壓電(dian)晶體(ti)的(de)(de)(de)(de)逆壓電(dian)效應，通過給壓電(dian)晶體(ti)施(shi)加(jia)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)電(dian)場來引(yin)起結構的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動，選擇合適(shi)的(de)(de)(de)(de)頻率和(he)振(zhen)(zhen)型態(tai)，使(shi)之變形和(he)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)剪應力(li)達到(dao)機翼(yi)與(yu)冰(bing)層的(de)(de)(de)(de)黏結力(li)，從而達到(dao)除(chu)冰(bing)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。研究(jiu)(jiu)中選用(yong)(yong)鋁板建模(mo)(mo)和(he)分(fen)析，利用(yong)(yong)有限元(yuan)模(mo)(mo)型來預測它的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)頻率和(he)剪切應力(li)。在多普勒激光測振(zhen)(zhen)儀(yi)的(de)(de)(de)(de)幫助下可(ke)以觀察到(dao)結構的(de)(de)(de)(de)多階振(zhen)(zhen)動模(mo)(mo)態(tai)，選擇合適(shi)的(de)(de)(de)(de)頻率和(he)模(mo)(mo)態(tai)在覆(fu)結了(le)冰(bing)層的(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)型上進行實(shi)驗(yan)。

　　測試設備：信號發生器、ATA-1372A寬帶放大器、多普勒激光測(ce)振儀及其(qi)控制系統、壓電(dian)陶瓷、鋁(lv)板。

　　實驗過程：首先對四邊固支的矩形板進行測振實驗，多普勒激光位移測振系統通過電腦控制，控制盒發出0-2KHz的掃頻信號，通過ATA-1372A寬帶功率放大(da)(da)器，測(ce)(ce)振(zhen)(zhen)實驗(yan)中電壓不用很高，本試驗(yan)放大(da)(da)為(wei)50V的(de)(de)峰(feng)峰(feng)值，信(xin)號驅動(dong)位于(yu)矩(ju)形板上的(de)(de)壓電片，引起矩(ju)形板的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)，多(duo)普勒激光測(ce)(ce)振(zhen)(zhen)儀采集了振(zhen)(zhen)動(dong)模態(tai)、振(zhen)(zhen)動(dong)位移和振(zhen)(zhen)動(dong)速度等信(xin)息(xi)，并通(tong)過(guo)軟件處理(li)可以以圖(tu)形的(de)(de)形式(shi)表示(shi)，再分(fen)析對除冰較(jiao)為(wei)重要的(de)(de)面(mian)外振(zhen)(zhen)動(dong)，選取(qu)較(jiao)大(da)(da)位移下的(de)(de)驅動(dong)頻率作(zuo)為(wei)壓電片的(de)(de)工作(zuo)頻率，試驗(yan)框圖(tu)如圖(tu)一所(suo)示(shi)。

　　圖一實驗框圖

　　多(duo)普勒激(ji)光(guang)(guang)測振(zhen)(zhen)(zhen)儀可(ke)以得(de)到(dao)(dao)這些共振(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)率下相(xiang)應(ying)的(de)振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)。由(you)(you)激(ji)光(guang)(guang)測振(zhen)(zhen)(zhen)儀得(de)到(dao)(dao)的(de)模(mo)態圖形和(he)Ansys仿真得(de)到(dao)(dao)的(de)圖形對(dui)比(bi)，因第(di)二(er)階是振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)反對(dui)稱(cheng)，在(zai)兩個對(dui)稱(cheng)位(wei)置壓電片激(ji)勵下因為存在(zai)相(xiang)位(wei)差(cha)，使得(de)第(di)二(er)階振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)的(de)幅值(zhi)(zhi)相(xiang)消，無(wu)法將第(di)二(er)階模(mo)態激(ji)勵出來(lai)，將測振(zhen)(zhen)(zhen)實驗(yan)得(de)到(dao)(dao)的(de)前(qian)幾階振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)和(he)Ansvs仿真得(de)到(dao)(dao)的(de)振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)比(bi)較，可(ke)以看到(dao)(dao)除了因為壓電片相(xiang)位(wei)差(cha)使第(di)二(er)階振(zhen)(zhen)(zhen)幅相(xiang)消導(dao)致不能(neng)辨出第(di)二(er)階模(mo)態外，實驗(yan)得(de)到(dao)(dao)的(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)模(mo)態和(he)仿真值(zhi)(zhi)吻合的(de)很好。觀察多(duo)普勒激(ji)光(guang)(guang)測振(zhen)(zhen)(zhen)儀得(de)到(dao)(dao)的(de)各階振(zhen)(zhen)(zhen)型(xing)(xing)的(de)最大位(wei)移(yi)，發(fa)現在(zai)83.4Hz，213.8Hz，233.4Hz時最大振(zhen)(zhen)(zhen)幅比(bi)較大。在(zai)50V的(de)峰(feng)峰(feng)值(zhi)(zhi)電壓下由(you)(you)多(duo)勒激(ji)光(guang)(guang)測振(zhen)(zhen)(zhen)儀測得(de)的(de)最大位(wei)移(yi)如(ru)圖二(er)所示(shi)。

圖(tu)二(er)：前(qian)六階(jie)共振頻率下的(de)最大(da)位移

　　實驗(yan)找出多普勒(le)激光測(ce)振(zhen)儀得到的(de)薄板在(zai)0-2KHZ掃(sao)頻(pin)(pin)下振(zhen)幅較大(da)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)點(dian)，由振(zhen)型可(ke)以(yi)判斷出這幾(ji)個頻(pin)(pin)率(lv)值是薄板的(de)固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)，與它們的(de)振(zhen)型相對應。這幾(ji)個共振(zhen)頻(pin)(pin)率(lv)激勵起的(de)最(zui)大(da)位移較大(da)，使用該頻(pin)(pin)率(lv)為(wei)壓電(dian)片工作頻(pin)(pin)率(lv)，進行接(jie)下來的(de)除冰實驗(yan)。

　　建造尺寸為(wei)0.40mX0.24mX0.001m的鋁板(ban),材料(liao)為(wei)硬鋁12，四支固定,壓電片(pian)尺寸為(wei)0.3mX0.3mX0.0002m，材料(liao)是PZT5，貼片(pian)方式如圖三所示。將鋁板(ban)放入低(di)溫冰箱(xiang)中(zhong)，冰箱(xiang)溫度(du)(du)控(kong)制(zhi)范(fan)圍為(wei)-35°C~20°C，控(kong)制(zhi)的精度(du)(du)為(wei)0.1℃。

圖三(san)：四邊(bian)固定矩形(xing)板(ban)的布片方式

　　實驗結果：使用測(ce)試出的(de)(de)(de)不(bu)同頻段(duan)，來激振(zhen)(zhen)不(bu)同的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動模態(tai)，可以(yi)觀察到(dao)頻率在(zai)233Hz的(de)(de)(de)時候除(chu)(chu)冰效(xiao)果顯(xian)著(zhu)，由(you)之前的(de)(de)(de)測(ce)振(zhen)(zhen)實驗(yan)(yan)可以(yi)看到(dao)頻率激發的(de)(de)(de)主要是第三(san)階模態(tai)，在(zai)測(ce)振(zhen)(zhen)實驗(yan)(yan)中(zhong)雖然還有(you)(you)其(qi)他頻率值顯(xian)示(shi)振(zhen)(zhen)動位移較大但只(zhi)有(you)(you)第三(san)階才能達到(dao)除(chu)(chu)冰效(xiao)果，這是因為(wei)第三(san)階是諧振(zhen)(zhen)模態(tai)，這個結(jie)果與(yu)仿真得到(dao)的(de)(de)(de)只(zhi)有(you)(you)第三(san)階模態(tai)能夠除(chu)(chu)冰的(de)(de)(de)結(jie)論非(fei)常吻合。

圖(tu)四：第三階模態除冰效果

　　圖：ATA-1372寬帶放大器指標參數

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