[發明專利]一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法

有效

• 申請號: 201911307938.7
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111123705B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 王繼強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，該方法首先建立螺旋槳及傳動軸系統的模型，根據模型設計滿足最優減振性能的主動振動控制器，然后利用提出的主動振動控制算法來實現控制器，最后仿真確認最優設計是否滿足螺旋槳及傳動軸系統的性能要求，如果不滿足，則返回重新選擇優化參數值，確認螺旋槳及傳動軸系統的最佳性能以及兩者性能的折中情況；如果仍然不滿足要求，則說明性能指標要求過高，必須降低指標要求，或者對系統結構參數重新設計。本發明提出了一種只在傳動軸處實施控制，而達到螺旋槳和傳動軸同時減振的優化設計方法，使得所設計的螺旋槳/傳動軸具備最優性能。

技術領域

本發明涉及一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，具體涉及一種螺旋槳和軸系系統的最佳性能以及兩者性能的折中情況的優化設計方法。

背景技術

螺旋槳廣泛應用于航空與航海領域，例如在航空領域，螺旋槳槳葉在空氣中旋轉將發動機轉動功率轉化為推進力或升力，從而推動以活塞式和渦槳發動機為動力的飛行器；或者以旋翼和尾槳的形式為直升機提供升力和扭矩平衡力；在航海領域，螺旋槳作為潛水器的推進工具，成為潛艇和船舶的幾乎唯一動力傳動來源。然而，作為動力傳動源的螺旋槳及傳動軸系統的振動問題，也是影響航空器和航海器性能和噪聲的重要因素。對螺旋槳及傳動軸進行減振降噪設計，對軍用(降低聲納探測風險)、民用(舒適性和環保性)均有重要意義。

通常，螺旋槳及傳動軸的振動控制采取單獨控制方法，即對螺旋槳和傳動軸單獨實施控制。如S.B.Chun和C.W.Lee，以及A.Bas,J.Gilheany和P.Steimel在其論文中均采用單獨控制傳動軸的方法來控制系統整體振動，浙江省海洋開發研究院在其申請的專利CN201910040569.3中同樣采用優化傳動結構來達到整體減振的目標；而Y.Chen,V.Wickramasinghe和D.Zimci則采用了單獨控制螺旋槳的方法以期達到對系統整體振動的控制。這種“單獨控制”的策略雖然可以利用現成的控制設計方法，但往往需要反復驗證，以便確認系統整體振動均得到抑制。然而在實際工程中，往往是螺旋槳振動得到優化后，傳動軸處振動會有顯著增強；或者相反，傳動軸處振動得到有效抑制后，螺旋槳處振動又達到不可接受的程度。為了達到全局最優，隨著智能材料的發展，也出現了將智能傳感和作動機構嵌入螺旋槳(如P.C.Chen和I.Chopra的論文“Wind tunnel testing of a smart rotorwith individual blade twist control”；F.K.Straub,H.T.Ngo,V.Anand和D.B.Domzalski的論文“Development of a piezoelectric actuator for trailing edgeflap control of full scale rotor blades”)，從而實現螺旋槳和傳動軸單獨優化。然而，這種方式需要將旋轉系統的傳感和執行信號進行轉化，系統實施非常困難；同時這種嵌入槳葉的傳感和作動方式目前并不可靠，只在實驗室環境中得到驗證，工業實際應用未見有相關報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，只在傳動軸處實施控制，而達到螺旋槳和傳動軸同時減振的目的，使得所設計的螺旋槳/傳動軸具備最優性能。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種螺旋槳及傳動軸系統的主動振動控制的設計方法，包括如下步驟：

步驟1，建立螺旋槳及傳動軸系統的模型；

步驟2，根據步驟1建立的模型的參數，定義以下變量：

S(jω)＝(1-G₀₀(jω)K(jω))^-1

w_i(jω)＝C_id(jω)