[發明專利]一種航空發動機內外機匣的主動振動控制系統及方法

有效

• 申請號: 202210014753.2
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114526128B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 方問回;王繼強;孫小康;安然
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F01D21/00
• 分類號: F01D21/00;F01D25/04;F01D25/24
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發明公開了一種航空發動機內外機匣的主動振動控制系統及方法，該方法為：獲得由轉子到外機匣、內機匣振動增強點的振動傳遞路徑和特性；確定內機匣施振點位置，并分別獲得該點到外機匣振動增強點、內機匣減振點的振動傳遞特性；在外機匣振動增強點安裝壓電能量收集器；設計內機匣施振點的控制律并驗證相應的設計是否滿足性能要求。本發明針對航空發動機內外機匣的較特定頻率振動，可使得內機匣所需減振點的振動量顯著衰減，外機匣所需振動增強點的振動量得到增加，壓電能量收集得以實現，既降低了發動機部件的特定頻率振動疲勞，又能為機上部分傳感器實現供能，對實際工程具有重要價值。

技術領域

本發明涉及航空發動機的振動控制，特別涉及了一種航空發動機內外機匣的主動振動控制系統及方法。

背景技術

在過去的十幾年內，隨著各種通信、存儲技術的不斷發展，無線傳感器網絡技術在生活中的各個方面都已經得到了廣泛的應用。在工業生產中，其具有的高可靠性、低成本、廣覆蓋面、低功耗等特點，能為監測帶來極大的便利。與此同時，雖然無線傳感器網絡的使用難度低，但其維護成本偏高，有的傳感器節點不支持進行電池的更換。

現有技術中主動振動控制存在操作復雜、成本高，以及部分傳感器供能成本較高的問題。振動作為一種極其常見的物理現象，若能對其進行能量收集，并為傳感器供能，則可以極大地降低維護成本。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種能夠同時實現振動減弱與增強的控制裝置及其振動控制的方法，能夠通過增加一個控制力，同時實現需要位置的減振及能量收集。

一種航空發動機內外機匣的主動振動控制系統，該應用于抑制飛機發動機振動，包括待控制裝置、信號發生器，第一、第二功率放大器，第一、第二激振器、第一、第二加速度傳感器和壓電振動能量收集器。

信號發生器產生0-2KHZ的振動信號，并將該振動信號傳送至第一功率放大器；第一功率放大器對收到信號進行功率放大，并將放大后的信號傳送至第一激振器，第一激振器帶動待控制裝置來回激振，使得待控制裝置產生與飛機發動機的振動相同的振源；加速度傳感器安裝在待控制裝置上，將待控制裝置產生的振動轉換為振動信號；采集卡每隔一段時間采集加速度傳感器上的振動信號，并將該信號傳送至控制模塊，控制模塊對收到的振動信號進行PID調節，得到與振動信號頻率相同、方向相反的信號，并將該信號輸出至第二功率放大器；第二功率放大器對收到的信號進行功率放大，并將放大后的信號傳送至第二激振器；第二激振器收到放大后的信號后產生和振源周期大小相同、方向相反的激振力，并將該激振力作用到第一激振器上，從而抵消振源帶來的振動。

作為優選，待控制裝置為簡化的三層彈簧阻尼減振結構，層與層之間通過四周的彈簧相連接；其中，中間層為簡化的內機匣層，上下層為簡化的外機匣層置。

作為優選，第一加速度傳感器、第二加速度傳感器分別設置于該彈簧阻尼減振結構的外機匣層、內機匣層的邊緣處。

作為優選，待控制裝置上安裝有兩個壓力傳感器；所述壓電振動能量收集器以懸臂梁形式懸掛并伸出所述待控制裝置的外機匣層的邊緣。

作為優選，第一、二功率放大器限流范圍為3-12Arms，頻率范圍為0-10KHz, 放大倍數為0-5倍；第一激振器、第二激振器最大激振力為200N，最大行程為 10mm,頻率范圍為0-2KHz。

作為優選，加速度傳感器采用壓電式且靈敏度為100mv/g的加速度傳感器。

作為優選，所述控制模塊采用NI-cPRIO。

作為優選，所述采集卡每隔20～100ms讀取加速度傳感器上的振動信號。

本發明還公開了一種航空發動機內外機匣的主動振動控制系統的設計方法，包括以下步驟：

步驟1，分別確定轉子到內機匣減振點的振動傳遞路徑和到外機匣振動增強點的振動傳遞路徑；