一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统及方法，该方法为：获得由转子到外机匣、内机匣振动增强点的振动传递路径和特性；确定内机匣施振点位置，并分别获得该点到外机匣振动增强点、内机匣减振点的振动传递特性；在外机匣振动增强点安装压电能量收集器；设计内机匣施振点的控制律并验证相应的设计是否满足性能要求。本发明专利技术针对航空发动机内外机匣的较特定频率振动，可使得内机匣所需减振点的振动量显著衰减，外机匣所需振动增强点的振动量得到增加，压电能量收集得以实现，既降低了发动机部件的特定频率振动疲劳，又能为机上部分传感器实现供能，对实际工程具有重要价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机的振动控制，特别涉及了一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在过去的十几年内，随着各种通信、存储技术的不断发展，无线传感器网络技术在生活中的各个方面都已经得到了广泛的应用。在工业生产中，其具有的高可靠性、低成本、广覆盖面、低功耗等特点，能为监测带来极大的便利。与此同时，虽然无线传感器网络的使用难度低，但其维护成本偏高，有的传感器节点不支持进行电池的更换。
[0003]现有技术中主动振动控制存在操作复杂、成本高，以及部分传感器供能成本较高的问题。振动作为一种极其常见的物理现象，若能对其进行能量收集，并为传感器供能，则可以极大地降低维护成本。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种能够同时实现振动减弱与增强的控制装置及其振动控制的方法，能够通过增加一个控制力，同时实现需要位置的减振及能量收集。
[0005]一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，该应用于抑制飞机发动机振动，包括待控制装置、信号发生器，第一、第二功率放大器，第一、第二激振器、第一、第二加速度传感器和压电振动能量收集器。
[0006]信号发生器产生0
‑
2KHZ的振动信号，并将该振动信号传送至第一功率放大器；第一功率放大器对收到信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第一激振器，第一激振器带动待控制装置来回激振，使得待控制装置产生与飞机发动机的振动相同的振源；加速度传感器安装在待控制装置上，将待控制装置产生的振动转换为振动信号；采集卡每隔一段时间采集加速度传感器上的振动信号，并将该信号传送至控制模块，控制模块对收到的振动信号进行PID调节，得到与振动信号频率相同、方向相反的信号，并将该信号输出至第二功率放大器；第二功率放大器对收到的信号进行功率放大，并将放大后的信号传送至第二激振器；第二激振器收到放大后的信号后产生和振源周期大小相同、方向相反的激振力，并将该激振力作用到第一激振器上，从而抵消振源带来的振动。
[0007]作为优选，待控制装置为简化的三层弹簧阻尼减振结构，层与层之间通过四周的弹簧相连接；其中，中间层为简化的内机匣层，上下层为简化的外机匣层置。
[0008]作为优选，第一加速度传感器、第二加速度传感器分别设置于该弹簧阻尼减振结构的外机匣层、内机匣层的边缘处。
[0009]作为优选，待控制装置上安装有两个压力传感器；所述压电振动能量收集器以悬臂梁形式悬挂并伸出所述待控制装置的外机匣层的边缘。
[0010]作为优选，第一、二功率放大器限流范围为3
‑
12Arms，频率范围为0
‑
10KHz, 放大倍数为0
‑
5倍；第一激振器、第二激振器最大激振力为200N，最大行程为 10mm,频率范围为
0
‑
2KHz。
[0011]作为优选，加速度传感器采用压电式且灵敏度为100mv/g的加速度传感器。
[0012]作为优选，所述控制模块采用NI
‑
cPRIO。
[0013]作为优选，所述采集卡每隔20～100ms读取加速度传感器上的振动信号。
[0014]本专利技术还公开了一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统的设计方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1，分别确定转子到内机匣减振点的振动传递路径和到外机匣振动增强点的振动传递路径；
[0016]步骤2，在外机闸选择一个施加振动控制的点，并分别确定该点到所述内机匣减振点的振动传递路径和到外机匣振动增强点的振动传递路径；
[0017]步骤3，外机匣的振动增强点为能量收集点，在该点布置压电能量收集器；
[0018]步骤4，设计内机匣控制器拾振点的控制律；
[0019]步骤5，测量内机匣振动强度和外机匣能量收集点的振动强度，以及能量收集的效果，将该振动强度输入控制器，产生和振源同周期、方向相反的激振力作用于待控制装置，以抵消振源为内机匣带来的振动；
[0020]步骤6，验证内机匣、外机闸的振动强度是否满足内机匣振动减弱、外机匣能量收集点振动增强的要求，若不满足，考虑重新选择内机匣的施振点并重复上述设计流程。
[0021]有益效果：
[0022]与现有技术相比，本专利技术能当航空发动机产生有害振动时有效地达到主动减振的目的，以减弱振动对设备的影响，提高发动机的正常工作和寿命，同时在需要增强振动的特定点振动增强的效果也相当可观，可以满足能量收集以实现供能的要求，即通过一个控制力的施加，同时实现某处振动的强化、能量收集和另一处振动的减弱。除此之外，本专利技术还具有实时性、高效性、结构简单、控制性强、控制范围广、控制精度高等优点。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一个实施例的设计流程图。
[0024]图2为本专利技术一个实施例的主动振动控制系统示意图。
[0025]图3为本专利技术一个实施例的待控制装置示意图。
[0026]图4为本专利技术一个实施例的传感器V控制前后位移。
[0027]图5为本专利技术一个实施例的传感器VI控制前后位移。
[0028]附图标记：
[0029]I
‑
待控制装置主体，II
‑
悬臂梁形式的压电能量传感器，III
‑
压电悬臂梁尽头的质量块，IV
‑
压电悬臂梁上的电极，V
‑
第一加速度传感器，VI
‑
第二加速度传感器。
具体实施方式
[0030]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0031]航空发动机内部存在着多数以发动机转子不平衡或者转子不对中等引起自身的振动，激振力会通过支承传递到机匣表面，从而引起发动机整机的振动。本专利技术通过采用两
个激振器(一个作为振源用来产生激振力，另一个作为执行机构) 实现主动振动控制的效果。通过激振器产生激振力的这一过程模拟转子不平衡引起的激振信号，将振动信号传递到发动机机匣表面，加速度传感器负责将发动机机匣振动引起的加速度信号送到控制器中，在控制器中设定所需的控制算法并输出响应。执行机构接收到这响应信号产生另一个激励力于外机匣表面，对初始的振动信号进行一个反馈调节，从而达到主动减振的目的。能量收集器布置在减速器的最上层，在同一频率下，振动增强可以收集到的能量也会增加，可以通过增加布置处的振动来增加收集到的能量。
[0032]本专利技术为了更好地实现能量收集，对能量收集设备的安装处进行振动增强。与此同时，为了防止振动对设备本身产生影响，需要在对振动较为敏感的地方进行减振。
[0033]如图1所示，本实施例提供的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统的设计方法，能够同时实现振动的减弱与增强。
[0034]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，包括待控制装置，其特征在于，还包括信号发生器，第一、第二功率放大器，第一、第二激振器、第一、第二加速度传感器和压电振动能量收集器；所述信号发生器产生振动信号并传输至第一功率放大器以放大输入信号；放大后的输入信号传输至第一激振器以产生振动作为振源；第一激振器作用于待控制装置的外机闸底端，带动该装置来回激振；第一、第二加速度传感器分别测得待控制装置上外机匣、内机匣的振动信号，将该振动信号传输至控制器机箱内置的控制模块中进行处理，得到与振动信号频率相同、方向相反的信号并传送至第二功率放大器进行功率放大，将放大后的信号传输至第二激振器，产生和振源同周期、方向相反的激振力作用于待控制装置，以抵消振源为内机匣带来的振动；所述压电振动能量收集器置于所述待控制装置的外机闸顶端，用于收集振动能量。2.根据权利要求1所述的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，其特征在于，所述待控制装置为简化的三层弹簧阻尼减振结构，层与层之间通过四周的弹簧相连接；其中，中间层为简化的内机匣层，上下层为简化的外机匣层。3.根据权利要求2所述的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，其特征在于，第一加速度传感器、第二加速度传感器分别设置于该弹簧阻尼减振结构的外机匣层、内机匣层的边缘处。4.根据权利要求3所述的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，其特征在于，所述待控制装置上安装有两个压力传感器；所述压电振动能量收集器以悬臂梁形式悬挂并伸出所述待控制装置的外机匣层的边缘。5.根据权利要求4所述的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，其特征在于，所述功率放大器的限流范围为3
‑
12Arms，频率范围为0
‑
10KHz，放大倍数为0
‑
5倍。6.根据权利要求5所述的航空发动机内外机匣的主动振动控制系统，其特征在于，所述激振器最大激振力为200N，最大行程为10mm，频率范围为0
‑
2KHz。7.根据权利要求6所述的航空发动机内外机匣...

【专利技术属性】
技术研发人员：方问回，王继强，孙小康，安然，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：