压电弹支干摩擦阻尼器的动力学分析与实验研究

Active vibration control is necessary to rotor system of high thrust-weight ratio aero-engine. However，a new type damper with the characteristics of simple structures, response quickly, ease of active control Etc is the key technology for aero-engine. In this project，based on the configuration and mechanical characteristics of piezoelectric actuator and elastic support/dry friction damper，a piezoelectric elastic support/dry friction damper is presented，and the characteristics of stiffness and damping of the damper will be studied.The main contents are as follows：The damping and stiffness of the damper with the changing of the pressing force will be carried out with the computational analysis and experimental study methods;Three degrees of freedom dynamics model of rotor systems-damper-casing and the numerical analysis methods will be established to analysis steady-state response of unbalance;Experimental investigation of characteristic of elastic support dry/friction damper will also be carried out, it is mainly focused on analysis of the Interaction of the parameters between damper and rotor system;Based on the results of numerical analysis and experimental study, quantitative expression of damping characteristics among the paramters of the characteristics of damper,pressing force, modal parameter of rotor system will be gotted.The research results are the necessary to study new damper for active control of rotor systems of the aero-engine.

振动主动控制术是解决高推重比航空发动机振动问题的有效途径。然而，具备发动机转子减振要求的结构简单、减振效果好、响应快、易于主动控制阻尼器是制约该项技术应用的主要瓶颈。本项目以新型压电弹支干摩擦阻尼器为研究对象，对阻尼器的阻尼、刚度的本构模型和减振机理进行基础科学研究。具体内容包括：计算分析和实验研究压电弹支干摩擦阻尼器的正压力与阻尼、支承刚度变化机理；研究转子-阻尼器/动摩擦片-静摩擦片三自由度动力学建模、数值分析方法和动力学特性；进行转子-阻尼器的减振特性实验研究；结合数值分析和实验研究，构建基于阻尼器参数、正压力、转子模态参数等因素与转子减振特性之间的定量表达式。本项目旨在揭示压电弹支干摩擦阻尼器减振机理，为压电弹支干摩擦阻尼器的理论建模，以及研制新型航空发动机转子系统的主动减振器奠定技术基础。

振动主动控制术是解决高推重比航空发动机振动问题的有效途径。本项目将折返式弹性支承与压电陶瓷作动器相结合，设计、建造了一种主动式弹支干摩擦阻尼器，实时阻尼力通过控制压电陶瓷的电压即可实现，为压电弹支干摩擦阻尼器用于航空发动机转子系统的主动减振奠定了基础。根据弹支干摩擦阻尼器动、静摩擦副之间作用机制与转子进动有直接关联这一特性，提出了压电弹支干摩擦阻尼器摩擦副二维运动的小球/底盘干摩擦模型。在该模型中，转子进动引起的摩擦副之间的运动作用机制能够很好的得到描述。建立了带有压电弹支干摩擦阻尼器的转子系统动力学方程，分析了相同激振力、摩擦系数和压紧力作用下质量弹簧振子的二维相对运动，充分表征了转子支承系统的进动特征；建立了带有压电弹支干摩擦阻尼器的转子模型，分析了阻尼器弹性支承与转轴的刚度比、压紧力、摩擦系数、摩擦副切向接触刚度、静摩擦片安装刚度、阻尼器布局与模态关系等对转子动力学特性和减振的影响规律；提出了弹支干摩擦阻尼器与转子匹配的动力学设计方法、流程；设计改造了一套带有压电弹支干摩擦阻尼器的双盘单转子实验器，并对其减振特性进行了实验验证；利用圆进动假设，建立了弹支干摩擦阻尼器对转子系统的作用力表达为一个干摩擦阻尼系数df与一个干摩擦刚度系数kf，其减振效果不只取决于摩擦副所能提供的滑动摩擦力μN，还与动、静摩擦片切向接触刚度k、静摩擦片的安装刚度sj，以及转子系统的模态特性等因素密切相关。本项目为弹支干摩擦阻尼器应用于航空发动机转子系统的主动减振奠定了理论和技术基础。