Page 66 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 39 卷第 3 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 3
2026 年 3 月 Journal of Vibration Engineering Mar. 2026

星载飞轮用双稳态抑振俘能一体化装置

动力学特性研究

刘庆生 ， 刘海平 1，2 ， 张 俊 ， 周诗坤 ， 江凌宇 1
1
1
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（1. 北京科技大学机械工程学院，北京 100083； 2. 北京科技大学顺德创新学院，广东 佛山 528300）

摘要: 为有效抑制星载飞轮系统振动响应并实现振动能量的收集利用，提出一种基于压电型欧拉屈曲梁非线性能量阱的抑振
俘能一体化装置，采用标准能量收集电路，通过调整其设计参数，实现非线性系统的单/双稳态转换。针对卫星飞轮实际载荷
工况，建立有/无重力场耦合系统动力学模型，利用数值方法重点分析主动发射工况、在轨定速工况及在轨变速工况下，双稳态
一体化装置的动力学特性。研究表明，相比于单稳态一体化装置，双稳态一体化装置在不同工况下均表现出更好的抑振性能
和能量收集效果。试验证明了一体化装置的有效性。相关研究为星载高精度仪器设备振动抑制及能量收集提供了参考。

关键词: 星载飞轮； 双稳态； 振动控制； 能量收集； 主动发射阶段； 在轨工作阶段
中图分类号: TH113.1； O322 文献标志码: A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202403071

Analyzing the dynamic characteristics of bistable integration device
of vibration suppression and energy harvesting for flywheel on satellite

1，2
1
1
1
LIU Qingsheng ， LIU Haiping ， ZHANG Jun ， ZHOU Shikun ， JIANG Lingyu 1
（1.School of Mechanical Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China；
2.Shunde Innovation School， University of Science and Technology Beijing， Foshan 528300， China）
Abstract: In this study， a bistable integration device based on the piezoelectric Euler buckled beam nonlinear energy sink is
proposed to effectively suppress the vibration response of the spaceborne flywheel system and harvest vibration energy， which
adopts a standard energy harvesting circuit and can easily achieve the transition between monostable and bistable states of the
nonlinear system by adjusting the design parameters. Considering the actual load conditions of the flywheel， dynamic models of the
coupled system with or without gravity are established， and the dynamic characteristics of the coupled system under the conditions
of active launch phase， on-orbit constant-speed phase， and on-orbit variable-speed phase are analyzed by numerical methods. The
results show that compared with the monostable integrated device， the bistable integrated device proposed in this paper exhibits
better vibration suppression performance and energy harvesting effect under different operating conditions. At last， the performance
of vibration suppression and energy harvesting of the integration device is validated through experiments. The related research
provides a reference for vibration suppression and energy harvesting of spaceborne high-precision instruments and equipment.
Keywords: spaceborne flywheel；bistable；vibration control；energy harvesting；active launch phase；on-orbit phase

星载飞轮是现代高稳定度、高精度航天器常用 离高分辨小卫星飞轮微振动；YIN 等 基于锰铜合
［5］
的姿态控制执行部件，有效抑制飞轮在轨微振动是 金弹簧设计了六自由度隔振平台，用于抑制飞轮在
航天器在轨稳定运行的关键。传统的微振动抑制技 轨微振动。上述方案均有着较好的减振效果，然而，
术 主 要 采 用 能 量 耗 散 方 式 实 现 振 动 的 有 效 控 制 。 作为附加装置无疑增加了航天器系统的复杂度和发
OH 等 设计了可变阻尼隔振器，可根据飞轮转速调 射成本。近年来，随着能量收集技术的快速发展，被
［1］
节隔振性能；ZHANG 等 采用柔性悬架系统降低 动式抑振俘能一体化装置受到广泛关注，探索采用
［2］
飞轮高频扰振力；KAMESH 等 提出了用于衰减微 能量收集方式实现星载飞轮微振动的有效抑制和利
［3］
［4］
振动的空间框架平台；杨睿等 采用橡胶隔振器隔 用意义重大。
收稿日期: 2024-03-30； 修订日期: 2024-09-02
基金项目: 广东省基础与应用基础研究基金-重点资助项目（2021B1515120049）；北京市自然科学基金-怀柔创新联合基金
资助项目（L245008）