[发明专利]推进轴系振动控制的压电分流半被动控制装置及设计方法

权利要求书

1.一种推进轴系振动控制的压电分流半被动控制装置的设计方法，其特征在于，所述推进轴系纵横振动控制的压电分流半被动控制装置包括：

压电分流电路：连接在推进轴系的推进轴上，随所述推进轴旋转；

供电装置：包括静止端和旋转端，所述旋转端连接在所述推进轴上，随所述推进轴旋转，并与所述压电分流电路电连接，所述静止端设置于所述旋转端的外围，通过所述旋转端向所述压电分流电路供电；

其中，所述压电分流电路包括：压电片、负电容、合成电感和电阻；

所述供电装置与所述合成电感、负电容连接，所述电阻通过所述合成电感连接所述压电片；

所述设计方法如下：

1)建立螺旋桨-推进轴系-轴承-基座的有限元模型，获得螺旋桨-推进轴系的模态特性；针对所需控制的纵向和横向振动模态，找到其上应变最大的位置，作为压电片的粘贴位置；

2)计算模态广义机电耦合系数d

其中K是无压电片时所需控制模态的模态刚度；K^E是压电片短路时的模态刚度；kij是压电材料的机电耦合因子；

在实际操作时，可以通过压电分流电路开路和短路时候系统的该阶固有频率来计算

其中ω_io和ω_is分别为压电分流电路开路和短路时候系统的该阶固有频率；

3)当采用负电容串联连接方式时，对基于合成负电容的螺旋桨轴系一阶纵向振动模态的压电分流电路进行参数优化设计，假设负电容为C₂，定义δ＝C_s/C₂，C_s为压电片的固有电容，δ取值为：

最优电阻为

最优电感为

ω为系统的该阶固有频率，当采用负电容并联连接方式时，由于负电容(314)与压电片的固有电容直接并联，因此整个电路中的电容大小变为C_z＝C_s+C₂，此时要求负电容的大小小于压电片的固有电容，以保证电路的稳定性；

最优电阻为

最优电感为

当同时采用串联和并联负电容压电片时，此时假设δ＝C_s/C_2s，C_z＝C_s+C_2p，其中C_2s和C_2p分别为串联和并联的负电容，得到

最优电阻为

最优电感为

串联负电容是通过增加ω_io来增大模态广义机电耦合系数；并联负电容是通过减小ω_is来增大模态广义机电耦合系数。