機(jī)翼除冰是航空領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是在惡劣天氣條件下，機(jī)翼表面結(jié)冰會(huì)嚴(yán)重影響飛行安全。傳統(tǒng)的除冰方法包括熱空氣除冰、電熱除冰等，但這些方法往往能耗較高且效率有限。近年來，基于壓電驅(qū)動(dòng)器的除冰技術(shù)因其高效、低能耗的特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。功率放大器在這一技術(shù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為壓電驅(qū)動(dòng)器提供高功率信號(hào)，確保其能夠產(chǎn)生足夠的振動(dòng)能量以實(shí)現(xiàn)除冰。

一、基于壓電驅(qū)動(dòng)器的機(jī)翼除冰技術(shù)

（一）實(shí)驗(yàn)原理

壓電驅(qū)動(dòng)器利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，通過施加電場(chǎng)引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)頻率和振型態(tài)選擇合適時(shí)，產(chǎn)生的剪應(yīng)力可以達(dá)到機(jī)翼與冰層的黏結(jié)力，從而實(shí)現(xiàn)除冰。實(shí)驗(yàn)中，通過有限元模型預(yù)測(cè)共振頻率和剪切應(yīng)力，并利用多普勒激光測(cè)振儀觀察振動(dòng)模態(tài)。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備與過程

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括信號(hào)發(fā)生器、ATA-1372A寬帶功率放大器、多普勒激光測(cè)振儀及其控制系統(tǒng)、壓電陶瓷和鋁板。實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生0-2kHz的掃頻信號(hào)，通過ATA-1372A功率放大器放大至50V峰峰值，驅(qū)動(dòng)壓電片產(chǎn)生振動(dòng)。多普勒激光測(cè)振儀采集振動(dòng)模態(tài)、位移和速度等信息，并通過軟件處理以圖形形式表示。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在83.4Hz、213.8Hz和233.4Hz時(shí)，鋁板的最大振幅較大。在50V峰峰值電壓下，多普勒激光測(cè)振儀測(cè)得的最大位移顯著。進(jìn)一步的除冰實(shí)驗(yàn)中，使用功率放大器來激勵(lì)壓電片。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，233Hz頻率下的第三階模態(tài)除冰效果顯著，這與仿真結(jié)果一致。

圖：ATA-1372A寬帶功率放大器指標(biāo)參數(shù)

二、低功耗超聲波防除冰技術(shù)

（一）技術(shù)原理

低功耗超聲波防除冰技術(shù)利用超聲波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻信號(hào)，通過功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)翼蒙皮振動(dòng)以實(shí)現(xiàn)除冰。該技術(shù)通過頻率調(diào)節(jié)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射功率和反射功率，動(dòng)態(tài)調(diào)整掃頻頻率和功率，以實(shí)現(xiàn)最佳除冰效果。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備與過程

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括超聲波信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、致動(dòng)器和頻率調(diào)節(jié)模塊。實(shí)驗(yàn)中，超聲波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻信號(hào)，功率放大器將其放大后驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器產(chǎn)生10kHz以上的高頻振動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)翼蒙皮振動(dòng)。頻率調(diào)節(jié)模塊通過測(cè)量發(fā)射和反射功率，動(dòng)態(tài)調(diào)整掃頻頻率和功率。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)能夠在降低冰殘留的基礎(chǔ)上，顯著降低能耗。與傳統(tǒng)電熱除冰系統(tǒng)相比，該技術(shù)的功耗更低，具有良好的應(yīng)用前景。

圖：ATA-1000系列寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

功率放大器在機(jī)翼除冰研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過為壓電驅(qū)動(dòng)器和超聲波致動(dòng)器提供高功率信號(hào)，功率放大器確保了除冰技術(shù)的有效實(shí)施?；趬弘婒?qū)動(dòng)器的除冰技術(shù)通過精確控制振動(dòng)頻率和模態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高效除冰；而低功耗超聲波防除冰技術(shù)則通過動(dòng)態(tài)調(diào)整掃頻頻率和功率，顯著降低了能耗。這些技術(shù)的發(fā)展為航空領(lǐng)域的除冰問題提供了新的解決方案，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值

審核編輯 黃宇