Page 73 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 刘庆生，等： 星载飞轮用双稳态抑振俘能一体化装置动力学特性研究 673

线 ，如 图 14 所 示 。 从 图 14 中 可 以 发 现 ，在 低 频 段
（1~6.8 Hz），有/无双稳态抑振俘能一体化装置时
飞 轮 响 应 均 低 于 外 部 激 励 ；在 共 振 峰 附 近（6.8~
24.4 Hz），安装双稳态一体化装置与未安装工况均
大于外部激励，但安装双稳态一体化装置后共振峰
值明显小于无一体化装置的情况；当越过共振峰后
（> 24.4 Hz），有/无双稳态一体化装置的响应均趋
近于外部激励。通过对比可看出，双稳态抑振俘能
一体化装置可有效抑制共振峰处振动，在其他频段
不会引入新共振峰，且未对高频段产生不利影响。 图 16 主动发射段收集电功率响应曲线
Fig. 16 The collected electrical power response curve in the
active launch phase

1~24 Hz 有所增大；而 30 Hz 以后，收集电压和电功
率呈现下降趋势。

5 试验验证

为验证一体化装置对于星载飞轮输出扰振的减
振性能及能量收集效果，针对模拟飞轮测试系统开
展恒定转速及变转速工况测试。模拟飞轮测试系统
图 14 主动发射段实际载荷下的响应曲线
由模拟飞轮、控制模块、支架等组成 ［29］ ，机械结构总
Fig. 14 Response curves under the actual load of the active
launch phase 质量约为 6.4 kg，整体试验系统如图 17 所示。其中，
YA19 ICP 加速度传感器分别粘贴于测点 1（模拟飞
4. 2 能量收集效果
轮安装面）、测点 2（模拟设备安装面）、测点 3（非线
虽然卫星系统在轨运行时间要远远长于主动发 性能量阱），采样频率为 2048 Hz。
射阶段，但主动发射段会产生远大于在轨工作段的
巨大载荷，从而比在轨工作段实现更为可观的能量
收集效果。保持表 1 参数不变，将发射段实际载荷
施加到有重力场模型，得到主动发射段收集电压和
电功率响应曲线，如图 15 和 16 所示。
从图 15 和 16 中可以发现，在大约 10 Hz 处，最
大 收 集 电 压 和 电 功 率 可 达 到 44 V 和 2 W；当 频 率
达 到 25 Hz 后 ，收 集 电 压 和 电 功 率 呈 现 上 升 趋 势 ，
主要原因是在 25~30 Hz 频率区间内，载荷相较于

图 17 测试系统
Fig. 17 The testing system

试 验 过 程 中 ，飞 轮 转 速 从 0 r/min 逐 步 上 升 至
1500 r/min，保 持 30 s 定 速 运 行 后 ，再 逐 步 下 降 至
0 r/min，速度梯度为 20 r/min，此为一个完整测试周

期，分别模拟恒定转速和变转速工况。提取测点 2
图 15 主动发射段收集电压响应曲线
时域加速度响应数据，并对其进行傅里叶变换，得到
Fig. 15 The collected voltage response curve in the active
launch phase 安装不同类型非线性能量阱前后三个方向的加速度