[发明专利]一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法

说明书

本发明公开了一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，该方法首先建立螺旋桨及传动轴系统的模型，根据模型设计满足最优减振性能的主动振动控制器，然后利用提出的主动振动控制算法来实现控制器，最后仿真确认最优设计是否满足螺旋桨及传动轴系统的性能要求，如果不满足，则返回重新选择优化参数值，确认螺旋桨及传动轴系统的最佳性能以及两者性能的折中情况；如果仍然不满足要求，则说明性能指标要求过高，必须降低指标要求，或者对系统结构参数重新设计。本发明提出了一种只在传动轴处实施控制，而达到螺旋桨和传动轴同时减振的优化设计方法，使得所设计的螺旋桨/传动轴具备最优性能。

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，具体涉及一种螺旋桨和轴系系统的最佳性能以及两者性能的折中情况的优化设计方法。

背景技术

螺旋桨广泛应用于航空与航海领域，例如在航空领域，螺旋桨桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力或升力，从而推动以活塞式和涡桨发动机为动力的飞行器；或者以旋翼和尾桨的形式为直升机提供升力和扭矩平衡力；在航海领域，螺旋桨作为潜水器的推进工具，成为潜艇和船舶的几乎唯一动力传动来源。然而，作为动力传动源的螺旋桨及传动轴系统的振动问题，也是影响航空器和航海器性能和噪声的重要因素。对螺旋桨及传动轴进行减振降噪设计，对军用(降低声纳探测风险)、民用(舒适性和环保性)均有重要意义。

通常，螺旋桨及传动轴的振动控制采取单独控制方法，即对螺旋桨和传动轴单独实施控制。如S.B.Chun和C.W.Lee，以及A.Bas,J.Gilheany和P.Steimel在其论文中均采用单独控制传动轴的方法来控制系统整体振动，浙江省海洋开发研究院在其申请的专利CN201910040569.3中同样采用优化传动结构来达到整体减振的目标；而Y.Chen,V.Wickramasinghe和D.Zimci则采用了单独控制螺旋桨的方法以期达到对系统整体振动的控制。这种“单独控制”的策略虽然可以利用现成的控制设计方法，但往往需要反复验证，以便确认系统整体振动均得到抑制。然而在实际工程中，往往是螺旋桨振动得到优化后，传动轴处振动会有显著增强；或者相反，传动轴处振动得到有效抑制后，螺旋桨处振动又达到不可接受的程度。为了达到全局最优，随着智能材料的发展，也出现了将智能传感和作动机构嵌入螺旋桨(如P.C.Chen和I.Chopra的论文“Wind tunnel testing of a smart rotorwith individual blade twist control”；F.K.Straub,H.T.Ngo,V.Anand和D.B.Domzalski的论文“Development of a piezoelectric actuator for trailing edgeflap control of full scale rotor blades”)，从而实现螺旋桨和传动轴单独优化。然而，这种方式需要将旋转系统的传感和执行信号进行转化，系统实施非常困难；同时这种嵌入桨叶的传感和作动方式目前并不可靠，只在实验室环境中得到验证，工业实际应用未见有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，只在传动轴处实施控制，而达到螺旋桨和传动轴同时减振的目的，使得所设计的螺旋桨/传动轴具备最优性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种螺旋桨及传动轴系统的主动振动控制的设计方法，包括如下步骤：

步骤1，建立螺旋桨及传动轴系统的模型；

步骤2，根据步骤1建立的模型的参数，定义以下变量：

S(jω)＝(1-G₀₀(jω)K(jω))^-1

w_i(jω)＝C_id(jω)