非接触式结冰探测系统设计与试验研究

论文摘要

直升机旋翼结冰对直升机的安全和性能影响很大,结冰严重时会造成机毁人亡。国外在直升机旋翼结冰探测领域做了广泛而深入的工作,国内则相对落后。本文参阅了国内外大量文献和资料,提出了一种基于主动式红外激光探测的直升机旋翼非接触式结冰探测技术,旨在弥补国内在这一测控领域的空白。本文阐述了非接触式结冰探测技术的基本原理和方法,并针对直升机旋翼运动的特点,充分分析旋翼变距、挥舞等因素对测量的影响。采用调制的红外激光主动探测桨叶的下表面,并对反射回来的红外光进行接收、转换、放大和降噪处理,提取有用信号。利用浆叶下表面结冰和非结冰区红外光吸收率的不同,以实现桨叶下表面是否结冰的判断,并可解算出沿桨叶弦向的结冰范围及分布。根据测试系统的基本原理,论文选配了合适的红外激光源和光探测器,并对前置放大器、可编程增益放大器、同步积分器、减法器、高低门限比较器和DSP处理系统等主要功能模块电路进行了详细设计。在系统硬件和软件功能初步实现的基础上,论文对直升机旋翼非接触式结冰探测系统做了大量的静态试验。主要针对桨叶表面、桨叶结冰表面的红外传输特性进行研究,观测和分析桨叶结冰和不结冰两种状态下信号调理电路输出信号的差别,提供结冰判断的依据;静态试验还对其它多种材料的红外传输特性进行了研究对比,寻找可方便用于动态模拟结冰试验的材料;静态试验还研究了桨叶弦向、展向的角度,以及光源到桨叶距离变化对信号幅值的影响,从而掌握桨叶变距、挥舞等因素对测试系统的干扰程度,并初步提出了克服变距、挥舞干扰的方法。论文对直升机旋翼非接触式结冰探测系统做了大量的动态试验,试验结果表明,论文设计的探测系统方案可行而有效,可用于实际的直升机旋翼结冰探测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 结冰探测技术的国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2 旋翼非接触式结冰探测系统方案研究与设计
• 2.1 旋翼运动特性与结冰分析
• 2.2 红外探测技术及冰的红外特性分析
• 2.3 旋翼非接触式结冰探测系统方案设计
• 2.4 本章小结
• 3 信号处理电路设计
• 3.1 红外光源和光电探测器的设计
• 3.2 前置放大电路设计
• 3.3 中间级放大和可编程增益放大电路设计
• 3.4 同步积分电路设计
• 3.5 减法器电路设计
• 3.6 结冰分析电路设计
• 3.7 处理器外围电路设计
• 3.8 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统软件总体设计
• 4.2 系统误差分析及软件补偿措施
• 4.3 本章小结
• 5 系统试验研究
• 5.1 静态试验及分析
• 5.2 动态试验及分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文