【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机振动主动控制技术，涉及一种控制航空发动机振动的阻尼器、系统及优化方法，特别涉及一种应用于航空发动机振动控制的主控式弹支干摩擦阻尼器结构及其控制参数优化方法，属于转子振动主动控制领域。
技术介绍
1、转子系统减振是解决发动机振动问题的关键。新一代和未来的自适应发动机在工作转速范围内，转子系统存在若干阶模态，运行过程中，转子频繁穿越临界转速，使用常规被动式减振机构难以保证每个模态下均获得最佳的减振效果。这就需要阻尼器能够主动地跟踪转子的运行状态，自适应地改变参数，使得工作范围内多阶模态下的振动均得到最有效的控制。
2、转子振动主动控制的研究一直是国内外学者关注的重要研究方向，主动减振技术的研究也主要集中在电磁轴承、磁流变液、电流变液、形状记忆合金、压电调节器等方面。但针对当前和新一代发动机转子支承系统结构特点，发动机对重量和空间布局的苛刻要求，以及控制响应等问题，上述技术尚无法适用于发动机转子振动的主动控制；如电磁轴承、电流变液和磁流变液的体积和质量问题，形状记忆合金的加热和变形所需时间较长，很难实现发动机瞬态振动主动控制问题。针对上述问题，西北工业大学旋转机械与风能装置测控研究所提出的一种利用弹性支承基于干摩擦耗能的新型转子阻尼减振装置——弹支干摩擦阻尼器。“主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究[j].《推进技术》,2023,44(08):187-196.”(doi:10.13675/j.cnki.tjjs.2203011.)指出干摩擦阻尼器工作原理：当转子振动时，安装于弹性支承自
技术实现思路
1、要解决的技术问题
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种控制航空发动机振动的阻尼器、系统及优化方法。针对现有主动减振技术应用于航空发动机的局限性，本专利技术首先设计了一种适合发动机工作条件的主控式弹支干摩擦阻尼器，利用该阻尼器提供正压力来改变附加刚度和附加阻尼；同时为实现发动机振动主动控制，本专利技术结合发动机工作特点设计一种结合减振比，经济性、稳定性的粒子群算法优化算法，可针对性地对现有控制参数进行优化，从而对转子进行振动主动控制，克服现有主控式弹支干摩擦阻尼器主动控制方法的局限性，使其能够适用多种工况。
3、本专利技术的目的之一在于提供一种新的主控式弹支干摩擦阻尼器结构，将阻尼器与发动机弹性支承融合，实现了一体化构型设计，保证结构紧凑，解决轴向刚度可调设计、碎屑排除和滑油进入、摩擦片固定防扭等问题，便于不同类型的驱动器加入和控制方法的实施。
4、本专利技术的目的之二在于提供一种基于主控式弹支干摩擦阻尼器，利用粒子群算法优化控制方法参数的方法，用于指导主控式弹支干摩擦阻尼器控制航空发动机振动的参数调节。
5、技术方案
6、一种控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于结构为主控式弹支干摩擦阻尼器；包括动摩擦片1、安装环3、静摩擦片4、压电陶瓷作动器5、阻尼器安装筒6；阻尼器安装筒6与发动机承力结构连接，进行载荷传递；多个压电陶瓷作动器5位于阻尼器安装筒6内；阻尼器安装筒6的一端连接安装环3，静摩擦片4与安装环3连接，动摩擦片1通过螺栓连接在弹性支承8的一端受发动机轴承和弹性支承8的振动产生相对滑动进行摩擦减振耗能；所述安装环内设有密封结构。
7、所述多个压电陶瓷作动器5在阻尼器安装筒6内，沿周向均匀分布在阻尼器安装筒6内壁。
8、所述阻尼器安装筒6的内壁均匀分布设有多个凹槽孔，用于安放压电陶瓷作动器5。
9、所述压电陶瓷作动器5为圆柱形结构。
10、所述密封结构采用密封圈2。
11、所述静摩擦片采用碟片式静摩擦片。
12、一种所述控制航空发动机振动的阻尼器的应用系统，其特征在于：发动机轴承9安装在发动机弹性支承8中，发动机弹性支承8通过法兰安装在发动机承力框架7上，发动机承力框架7上还安装有阻尼器安装筒6；所述发动机弹性支承8的另一端通过螺栓连接阻尼器的动摩擦片1；所述发动机弹性支承与阻尼器安装筒之间设有密封结构；所述密封结构采用密封圈。
13、一种采用所述应用系统减小转子振动的方法，其特征在于：应用系统连接完成后，获取发动机转子的增速幅频曲线，预设阻尼器的工作转速控制区间；转子在运转时，转速信号和振动信号输入阻尼器的控制器，当转速接近阻尼器的控制转速区间或振动参考值时，阻尼器开始工作；根据转子状态反馈，阻尼器控制器驱动压电陶瓷作动器，压电陶瓷作动器膨胀延伸，抵紧静摩擦片，从而改变动静摩擦片之间摩擦力，为转子提供摩擦阻尼，从而减小转子的振动；在预设工作转速之外，或转子振动在振动参考值之下，阻尼器将处于待控状态。
14、一种所述控制航空发动机振动的阻尼器的应用系统的参数优化方法，其特征在于步骤如下：
15、步骤1：设置转子控制参考对象、阻尼器组合、振动控制目标arefer和控制区间；
16、步骤2：将传感器采集到的转子运行过程位移幅值a与控制目标arefer比较，得到误差函数e(t)；
17、将误差函数e(t)实时的传入控制系统进行pi初始运算得到信号输出u(t)：
18、步骤3：将粒子群算法用于构造pi控制增益参数的优化模型，控制要求优化后的目标函数在限制条件内最小，以达到理想工况；
19、根据步骤2得到的信号输出u(t)进行阻尼器的控制，阻尼器调节正压力f，改变摩擦力，提供附加阻尼和附加刚度，从而控制转子振动；
20、所述信号输出u(t)＝kpe(t)+ki(e(t)+e(t-1)+...e(1))
21、将正压力f和转子振动控制结果输入到粒子群算法进行整体寻最优参数kp、ki，利用得到的最优参数kp、ki得到最优信号输出u(t)；
22、所述正压力f超过阻尼器最大正压力时，只提供最大正压力。
23、所述步骤3中目标函数为：
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1.一种控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于结构为主控式弹支干摩擦阻尼器；包括动摩擦片(1)、安装环(3)、静摩擦片(4)、压电陶瓷作动器(5)、阻尼器安装筒(6)；阻尼器安装筒(6)与发动机承力结构连接，进行载荷传递；多个压电陶瓷作动器(5)位于阻尼器安装筒(6)内；阻尼器安装筒(6)的一端连接安装环(3)，静摩擦片(4)与安装环(3)连接，动摩擦片(1)通过螺栓连接在弹性支承(8)的一端受发动机轴承和弹性支承(8)的振动产生相对滑动进行摩擦减振耗能；所述安装环内设有密封结构。
2.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述多个压电陶瓷作动器(5)在阻尼器安装筒(6)内，沿周向均匀分布在阻尼器安装筒(6)内壁。
3.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述阻尼器安装筒(6)的内壁均匀分布设有多个凹槽孔，用于安放压电陶瓷作动器(5)。
4.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述压电陶瓷作动器(5)为圆柱形结构。
5.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特
6.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述静摩擦片采用碟片式静摩擦片。
7.一种权利要求1～6任一项所述控制航空发动机振动的阻尼器的应用系统，其特征在于：发动机轴承(9)安装在发动机弹性支承(8)中，发动机弹性支承(8)通过法兰安装在发动机承力框架(7)上，发动机承力框架(7)上还安装有阻尼器安装筒(6)；所述发动机弹性支承(8)的另一端通过螺栓连接阻尼器的动摩擦片(1)；所述发动机弹性支承与阻尼器安装筒之间设有密封结构；所述密封结构采用密封圈。
8.一种采用权利要求7所述的应用系统减小转子振动的方法，其特征在于：应用系统连接完成后，获取发动机转子的增速幅频曲线，预设阻尼器的工作转速控制区间；转子在运转时，转速信号和振动信号输入阻尼器的控制器，当转速接近阻尼器的控制转速区间或振动参考值时，阻尼器开始工作；根据转子状态反馈，阻尼器控制器驱动压电陶瓷作动器，压电陶瓷作动器膨胀延伸，抵紧静摩擦片，从而改变动静摩擦片之间摩擦力，为转子提供摩擦阻尼，从而减小转子的振动；在预设工作转速之外，或转子振动在振动参考值之下，阻尼器将处于待控状态。
9.一种权利要求7所述控制航空发动机振动的阻尼器的应用系统的参数优化方法，其特征在于步骤如下：
10.根据权利要求9所述的参数优化方法，其特征在于：所述步骤3中目标函数为：
...【技术特征摘要】
1.一种控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于结构为主控式弹支干摩擦阻尼器；包括动摩擦片(1)、安装环(3)、静摩擦片(4)、压电陶瓷作动器(5)、阻尼器安装筒(6)；阻尼器安装筒(6)与发动机承力结构连接，进行载荷传递；多个压电陶瓷作动器(5)位于阻尼器安装筒(6)内；阻尼器安装筒(6)的一端连接安装环(3)，静摩擦片(4)与安装环(3)连接，动摩擦片(1)通过螺栓连接在弹性支承(8)的一端受发动机轴承和弹性支承(8)的振动产生相对滑动进行摩擦减振耗能；所述安装环内设有密封结构。
2.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述多个压电陶瓷作动器(5)在阻尼器安装筒(6)内，沿周向均匀分布在阻尼器安装筒(6)内壁。
3.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述阻尼器安装筒(6)的内壁均匀分布设有多个凹槽孔，用于安放压电陶瓷作动器(5)。
4.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述压电陶瓷作动器(5)为圆柱形结构。
5.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述密封结构采用密封圈(2)。
6.根据权利要求1所述控制航空发动机振动的阻尼器，其特征在于：所述静摩擦...
【专利技术属性】
技术研发人员：王四季，王程阳，刘源，林大方，翟鹏杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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