Impact of Ice Coverage Situation on Effectiveness of Piezoelectric De‑icing

ZHANG Bohan; YUAN Lang; WANG Jingxin; ZHU Chunling

doi:10.16356/j.2097-6771.2026.02.014

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Impact of Ice Coverage Situation on Effectiveness of Piezoelectric De‑icing

更新时间：2026-04-30

- Impact of Ice Coverage Situation on Effectiveness of Piezoelectric De‑icing
- Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition） Vol. 58, Issue 2, Pages: 380-389(2026)
- 作者机构：
  
  南京航空航天大学航空学院，南京 210016
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16356/j.2097-6771.2026.02.014
  CLC： V244.15
- Received：28 July 2025，
  
  Revised：2025-11-20，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
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张博涵，袁浪，王敬鑫，等. 覆冰情况对压电振动除冰效果的影响研究［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：380⁃389.

ZHANG Bohan， YUAN Lang， WANG Jingxin， et al. Impact of ice coverage situation on effectiveness of piezoelectric de-icing［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：380⁃389.
张博涵，袁浪，王敬鑫，等. 覆冰情况对压电振动除冰效果的影响研究［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：380⁃389. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.014.

ZHANG Bohan， YUAN Lang， WANG Jingxin， et al. Impact of ice coverage situation on effectiveness of piezoelectric de-icing［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：380⁃389. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.014.

摘要

飞机飞行过程中可能遭遇不同的覆冰情况，为研究不同覆冰情况对压电除冰系统除冰效果的影响，采用有限元仿真与冷环境除冰实验相结合的方式，在超声频段内开展除冰频率、振源压电器件的材料选型，以及覆冰情况（结冰区域、分割形式、厚度）等参数变化对结构表面压电除冰效果的影响研究。结果表明：在本文压电陶瓷布局方式下，20.4 kHz激励频率具有最佳除冰效果，在90 s内能够完全除去结构表面覆冰；不同压电材料的除冰效果随振源压电材料的压电系数的增大而增强；改变不同的覆冰情况可以得出增加冰分割块数、改变覆冰面积（沿长度方向增大或沿宽度方向减小）以及减小结冰厚度都会使覆冰界面剪应力值增大，除冰频率也会随之偏移。

Abstract

During the flight of an aircraft， it may encounter various ice coverage situations. To study the impact of different ice coverage situations on the ice removal effect of the piezoelectric de-icing system， a combination of finite element simulation and cold environment ice removal experiments is adopted. In the ultrasonic frequency range， the research is conducted on the ice removal frequency， the material selection of the vibration source piezoelectric device， as well as the influence of parameter changes such as ice coverage situations （icing area， segmentation form， thickness） on the piezoelectric ice removal effect on the structural surface. The results show that under the layout method of piezoelectric ceramics in this paper， the 20.4 kHz excitation frequency has the best ice removal effect， and it can completely remove the ice on the structural surface within 90 s. In addition， the ice removal effect of different piezoelectric materials increases with the increase of the piezoelectric coefficient of the vibration source piezoelectric material. Changing different ice coverage situations can lead to an increase in the number of ice segments， a change in the icing area （increasing along the length direction or decreasing along the width direction）， and a reduction in the ice thickness， all of which will increase the shear stress value at the ice interface and shift the ice removal frequency accordingly.

关键词

Keywords

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