CN113295359A - 一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置及振动抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置及振动抑制方法，该方案包括有由激光测振仪、信号发生器、振动激励机构、振动抑制机构和激光探头组成的模拟实验装置，该装置能够对抑振方法的实际抑振效果进行试验验证。同时本方案提供了一种抑制支撑板振动的方法，该方法采用对引射器三维模型的有限元分析结合现场实测数据，确定引射器的振动主要集中位置，在振动主要集中位置设置压电纤维片作为传感器和促动器，配合选择主动振荡压电控制方法或主动阻尼控制方法控制促动器，能够针对单一频率或者整个频带进行抑振，具有良好的稳定性和显著的抑振效果。

Description

一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置及振动抑制方法
技术领域
本发明涉及的是振动控制领域，尤其是一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置及振动抑制方法。
背景技术
引射器喷嘴的支撑板在工作过程中，由于高速气流扰动会产生强烈振动而导致支撑板根部应力较大，最终产生疲劳损坏。在现有技术中对于支撑板强烈振动引起的疲劳损坏问题并没有提出有效的解决方案。因此在实际应用中，支撑板因为振动损坏的情况时有发生，解决的方法也是只能不断更换新的支撑板，费时费力，而且还会影响引射器相关的试验进度。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置及振动抑制方法，该方案能够有效抑制引射器喷嘴支撑板在工作过程中产生的振动，持续消耗系统能量降低振幅，并对整个频带起作用，其稳态特性可以使机械系统不会因振动频率相位的偏移而失稳，从而极大的延长支撑板的使用寿命，确保相关试验进度能够高效有序地推进。同时该方案中提供了相应的抑振模拟实验装置，使得振动抑制方法的验证过程能够在模拟试验环境下开展，为抑制支撑板振动的理论研究和验证提供了试验平台。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置，包括有激光测振仪、信号发生器、振动激励机构、振动抑制机构和激光探头；
激光测振仪用于输出正弦激励信号至信号发生器和接收激光探头检测的振动状态信号并根据接收的信号生成相应的传递函数；
信号发生器能够将接收到的正弦激励信号放大输出至振动激励机构；
振动激励机构设置在引射器振动主要集中位置上作为振动源，通过接受的激励信号进行振动动作带动支撑板振动；
振动抑制机构设置在引射器振动主要集中位置上，用于抑制支撑板振动；
激光探头用于检测支撑板的振动状态并将振动状态信号传输至激光测振仪。
作为本方案的优选：振动激励机构为至少一个压电纤维片。
作为本方案的优选：振动抑制机构为至少2个压电纤维片，其中至少一个压电纤维片作为传感器，用于检测实时振动数据，至少一个压电纤维片作为促动器，用于抑制支撑板振动。
一种抑制引射器支撑板振动的振动抑制方法，包括有以下步骤：
a、建立引射器三维模型，对引射器振动结构有限元分析，确定引射器的主要振动频率；
b、通过有限元分析结合现场实测确定引射器的振动主要集中位置；
c、对引射器的振动主要集中位置进行进一步的模态分析确定引射器振动主要集中位置的振动方向；
d、在引射器的振动主要集中位置处粘贴至少两片压电纤维片，其中至少一片压电纤维片作为传感器，至少一片压电纤维片作为促动器，确保压电纤维片的形变方向与引射器振动主要集中位置的振动方向一致；
e、在有振动存在时，由作为传感器的压电纤维片输出电荷，再通过控制电路输出振荡电流至作为促动器的压电纤维片，使作为促动器的压电纤维片形变从而产生与振动力反向的力从而抵消引射器的振动。
作为本方案的优选：步骤e中，控制电路中设置有能够抵消压电纤维片的固有容抗的负电容分支电路。
作为本方案的优选：步骤e中，在针对单一频率下的振动控制时，采用主动振荡压电控制方法控制促动器，具体方法为：利用电容和电阻构造合成电感和负电容分支电路，并与压电纤维片共同组成RLC谐振电路，利用负电容分支电路抵消压电纤维片的固有容抗，通过调节电阻值使振荡电路频率等于机械结构振动频率，此时RLC振荡电路可机械等效为给结构加上了一个调谐质量阻尼器即动力吸振器。
作为本方案的优选：步骤e中，针对整个频带下的振动控制时，采用主动阻尼控制方法控制促动器，具体方法为将压电纤维片的固有电容和负电容分支电路串联电阻的形式组成RC谐振电路，通过降低电路容抗增大机械耦合系数提高电阻耗能功耗，使促动器产生一个与振动力180°反向，大小与振动力成正比的作用力，持续消耗系统能量降低振幅，并对整个频带起作用，其稳态特性可以使机械系统不会因振动频率相位的偏移而失稳。
作为本方案的优选：压电纤维片为MFC压电纤维。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中通过设置激光测振仪、信号发生器、振动激励机构、振动抑制机构和激光探头组成引射器结构流导致支撑板振动的模拟试验装置，该装置能够模拟引射器工作时其支撑板产生的振动，为进行支撑板振动抑制研究提供了试验平台。
另外，本发明还提供了抑制引射器支撑板振动的振动抑制的方法，该方法采用对引射器三维模型的有限元分析结合现场实测数据，确定引射器的振动主要集中位置，在振动主要集中位置设置压电纤维片作为传感器和促动器，配合选择主动振荡压电控制方法或主动阻尼控制方法控制促动器，能够针对单一频率或者整个频带进行抑振，具有良好的稳定性和显著的抑振效果。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的模拟实验装置的结构示意图。
图2为负电容分支电路的电路原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
通过图1能够看出，本发明中的模拟实验装置包括有激光测振仪、信号发生器、振动激励机构、振动抑制机构和激光探头；
激光测振仪用于输出正弦激励信号至信号发生器和接收激光探头检测的振动状态信号并根据接收的信号生成相应的传递函数；
信号发生器能够将接收到的正弦激励信号放大输出至振动激励机构；
振动激励机构设置在引射器振动主要集中位置上作为振动源，通过接受的激励信号进行振动动作带动支撑板振动；
振动抑制机构设置在引射器振动主要集中位置上，用于抑制支撑板振动；
激光探头用于检测支撑板的振动状态并将振动状态信号传输至激光测振仪。
振动激励机构为至少一个压电纤维片。
振动抑制机构为至少2个压电纤维片，其中至少一个压电纤维片作为传感器，用于检测实时振动数据，至少一个压电纤维片作为促动器，用于抑制支撑板振动。
上述试验装置能够有效真实的模拟引射器工作过程中的支撑板振动情况，为后续的振动抑制研究提供了试验平台，并且能够对振动抑制方法的实际抑振效果进行验证。
用于抑制引射器支撑板振动的振动抑制方法，包括有以下步骤：
a、建立引射器三维模型，对引射器振动结构有限元分析，确定引射器的主要振动频率；
b、通过有限元分析结合现场实测确定引射器的振动主要集中位置；
c、对引射器的振动主要集中位置进行进一步的模态分析确定引射器振动主要集中位置的振动方向；
d、在引射器的振动主要集中位置处粘贴至少两片压电纤维片，其中至少一片压电纤维片作为传感器，至少一片压电纤维片作为促动器，确保压电纤维片的形变方向与引射器振动主要集中位置的振动方向一致；
e、在有振动存在时，由作为传感器的压电纤维片输出电荷，再通过控制电路输出振荡电流至作为促动器的压电纤维片，使作为促动器的压电纤维片形变从而产生与振动力反向的力从而抵消引射器的振动。
步骤e中，控制电路中设置有能够抵消压电纤维片的固有容抗的负电容分支电路。
在针对单一频率下的振动控制时，采用主动振荡压电控制方法控制促动器，具体方法为：利用电容和电阻构造合成电感和负电容分支电路，并与压电纤维片共同组成RLC谐振电路，利用负电容分支电路抵消压电纤维片的固有容抗，通过调节电阻值使振荡电路频率等于机械结构振动频率，此时RLC振荡电路可机械等效为给结构加上了一个调谐质量阻尼器即动力吸振器。
在针对整个频带下的振动控制时，采用主动阻尼控制方法控制促动器，具体方法为将压电纤维片的固有电容和负电容分支电路串联电阻的形式组成RC谐振电路，通过降低电路容抗增大机械耦合系数提高电阻耗能功耗，使促动器产生一个与振动力180°反向，大小与振动力成正比的作用力，持续消耗系统能量降低振幅，并对整个频带起作用，其稳态特性可以使机械系统不会因振动频率相位的偏移而失稳。压电纤维片为MFC压电纤维。
负电容分支电路原理图如图2所示：
通过图2能够看出，在节点Ⅰ处
Figure 420341DEST_PATH_IMAGE001
Figure 400061DEST_PATH_IMAGE002
输入阻抗为：
Figure 198252DEST_PATH_IMAGE003
则有：
Figure 803677DEST_PATH_IMAGE004
令R1=R2，则有 Zin=-ZC
式中为 ZC为电容C的容抗，V1为压电纤维片输出电压，V2为负电容分支电路中对应节点电压，I1为流经电阻R1的电流，R1为电阻R1阻值，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值。
Zin即为压电纤维片的容抗。
根据整体电路原理图能够看出，可变电阻R3可以耗散系统电能，其电阻值大小能够决定系统的衰减抗性。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置，其特征是：包括有激光测振仪、信号发生器、振动激励机构、振动抑制机构和激光探头；
激光测振仪用于输出正弦激励信号至信号发生器和接收激光探头检测的振动状态信号并根据接收的信号生成相应的传递函数；
信号发生器能够将接收到的正弦激励信号放大输出至振动激励机构；
振动激励机构设置在引射器振动主要集中位置上作为振动源，通过接受的激励信号进行振动动作带动支撑板振动；
振动抑制机构设置在引射器振动主要集中位置上，用于抑制支撑板振动；
激光探头用于检测支撑板的振动状态并将振动状态信号传输至激光测振仪。
2.根据权利要求1所述的一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置，其特征是：所述振动激励机构为至少一个压电纤维片。
3.根据权利要求1所述的一种抑制引射器支撑板振动模拟试验装置，其特征是：所述振动抑制机构为至少2个压电纤维片，其中至少一个压电纤维片作为传感器，用于检测实时振动数据，至少一个压电纤维片作为促动器，用于抑制支撑板振动。
4.一种运用于如权利要求1所述的抑制引射器支撑板振动模拟试验装置的振动抑制方法，其特征是：包括有以下步骤：
a、建立引射器三维模型，对引射器振动结构有限元分析，确定引射器的主要振动频率；
b、通过有限元分析结合现场实测确定引射器的振动主要集中位置；
c、对引射器的振动主要集中位置进行进一步的模态分析确定引射器振动主要集中位置的振动方向；
d、在引射器的振动主要集中位置处粘贴至少两片压电纤维片，其中至少一片压电纤维片作为传感器，至少一片压电纤维片作为促动器，确保压电纤维片的形变方向与引射器振动主要集中位置的振动方向一致；
e、在有振动存在时，由作为传感器的压电纤维片输出电荷，再通过控制电路输出振荡电流至作为促动器的压电纤维片，使作为促动器的压电纤维片形变从而产生与振动力反向的力从而抵消引射器的振动。
5.根据权利要求4所述的振动抑制方法，其特征是：所述步骤e中，控制电路中设置有能够抵消压电纤维片的固有容抗的负电容分支电路。
6.根据权利要求4所述的振动抑制方法，其特征是：所述步骤e中，在针对单一频率下的振动控制时，采用主动振荡压电控制方法控制促动器，具体方法为：利用电容和电阻构造合成电感和负电容分支电路，并与压电纤维片共同组成RLC谐振电路，利用负电容分支电路抵消压电纤维片的固有容抗，通过调节电阻值使振荡电路频率等于机械结构振动频率，此时RLC振荡电路能够机械等效为给结构加上了一个调谐质量阻尼器即动力吸振器。
7.根据权利要求4所述的振动抑制方法，其特征是：所述步骤e中，针对整个频带下的振动控制时，采用主动阻尼控制方法控制促动器，具体方法为将压电纤维片的固有电容和负电容分支电路串联电阻的形式组成RC谐振电路，通过降低电路容抗增大机械耦合系数提高电阻耗能功耗，使促动器产生一个与振动力180°反向，大小与振动力成正比的作用力，持续消耗系统能量降低振幅，并对整个频带起作用，其稳态特性能够使机械系统不会因振动频率相位的偏移而失稳。
8.根据权利要求4所述的振动抑制方法，其特征是：所述压电纤维片为MFC压电纤维。
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