Page 224 - 《振动工程学报》2026年第5期

1428 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

构难以保证每阶模态下均获得最佳的减振效果 [5-7] 。 （动、静摩擦片）和压电陶瓷作动器。在转子运行过
为此需要阻尼器能够主动地跟踪转子的运行状态， 程 中， ESDFD 能 够 同 时 调 节 系 统 的 附 加 刚 度 与 阻
自适应地调节和控制阻尼器的参数，使得工作转速 尼，既能实现临界转速的调控，又能提供高效减振。
范围内多阶模态、复杂激励、特殊工况的振动均得 该装置兼具干摩擦的高可靠性与主动控制的灵活
到有效控制。因此航空发动机转子系统振动主动控 性，具有结构简单、响应迅速、适用范围广等特点，
制是下一代发动机研制的目标，具有重大意义。 且能适应真空及高/低温等极端环境。综上，ESDFD
目前，常见主动减振技术的研究主要集中在电 已具备作为航空发动机转子振动主动控制核心构件
磁轴承、磁流变液、电流变液、形状记忆合金、压电 的技术基础 [26] 。文献 [27] 根据发动机转子支承的结
调节器等方面 [8-14] 。同时相关的控制理论和算法也 构特点、空间布局和减重，以及阻尼器关键参数的
应用于各行各业中，如文献 [15-16] 在针对转子的振 设计准则，设计了一种一体化构型主控式弹支干摩
动控制上都运用过 PID 控制方法，并验证了 PID 控 擦阻尼器结构，并给出不同正压力作用下对转子振
制算法的控制能力。文献 [17] 提出了电磁作动器电 动的控制效果对比。王四季等 [28] 在线性比例-积分
流相位的自动参数寻优策略，实现对转子多频振动 控制（PI 控制）的基础上，提出了连续增益调度比例-
的 自 适 应 主 动 控 制 。 文献 [18] 利 用 遗 传 算 法 优 化 积分控制（GSPI 控制），控制律将 PI 控制器的参数表
LQR 的权重矩阵，应用在控制磁悬浮主轴转子上。美 达为转子振幅的函数。目前 ESDFD 应用于发动机
国航空航天局采用基于结构模态的主动控制方法， 的研究主要集中在结构改进方面，对主动控制方面
实现了对 B52、H 型飞机机体低频段的有效减振 [19] 。 的研究刚刚起步。虽然主动控制器能够取得不错的
郑晓园等 [20] 针对 4~8 Hz 范围内的汽车主动悬架系 控制效果，但其控制器参数整定需要基于大量的数
统有限频域控制问题，设计了有限频域 H ∞ 控制器， 据，且具有较强的技巧性。
并基于 1/4 汽车主动悬架系统验证了该控制器的有效 因此，针对 ESDFD 应用于航空发动机振动主动
性。文献 [21] 通过外部供气提高轴承的气膜支撑刚 控制参数设计问题，本文以结构相近、动力学相似，

度，使轴承性能适应不断变化的工作条件。QIU 等 [22] 考虑复杂结构的某型发动机转子试验器为模型，基
开发了一种运动轨迹优化与压电主动控制相结合的 于发动机运行特点和阻尼器工作原理设计参数优化
混合控制策略，有效减少和抑制柔性铰链板在平移 问题的目标函数，为 ESDFD 进一步应用于航空发动
运动中的振动。XIE 等 [23] 采用了改进算法和激光位 机、实现航空发动机振动主动控制提供参考。

移测量技术对转子振动进行控制，取得了良好的控
制效果。与此同时，已有学者针对阻尼器的控制方 1 带 有 主 控 式 弹 支 干 摩 擦 阻 尼 器 的
法展开了研究。文献 [24] 利用磁流变流体阻尼器构 转 子 系 统 与 模 型
建电压力补偿器，提高了控制器在输入时间延迟、
外部噪声干扰和交流发电机故障情况下的鲁棒性。
本节将介绍转子的运动方程。考虑支承、盘、轴
文献 [25] 提出了一种基于频谱的设计方法，旨在实
结构，建立如图 1 所示的坐标系。其中，OXYZ 为固定
现主动式基础隔震建筑的参数协同优化。该方法能
坐标系，OZ 轴与转子轴线重合；oxyz 为局部旋转坐
够同时确定隔震器、黏性阻尼器、钢制滞回阻尼器
标系，其原点固定于节点；x 和 y 表示任意节点相对
以及控制器的最优设计参数。尽管上述现有的主动
于固定坐标系的位移，z 表示任意节点的轴向位移，
控制技术和阻尼器控制策略可以提供一些参考，但
θ x 、θ y 和 θ z 表示任意节点所处截面相对固定坐标系
仍有一些问题需要进一步研究改进。鉴于当前和新
的转角。oxyz 坐标系绕 oz 轴以自转角速度 Ω 旋转。
一代发动机转子支承系统结构特点、发动机对重量
和空间布局的苛刻要求以及控制响应等问题，上述 x y
θ y
文献所对应的阻尼器尚无法适用于发动机转子振动 z
θ x
的主动控制；如电磁轴承、电流变液和磁流变液的 Y θ z
o
X
体积和质量问题，形状记忆合金的加热和变形所需
O Z
时间较长，很难实现发动机瞬态振动主动控制问题。
针对上述问题，西北工业大学旋转机械与风能装置 图 1 转子坐标系
测控研究所提出了一种利用弹性支承基于干摩擦 Fig. 1 Rotor coordinate system
耗能的新型转子主动减振装置——主控式弹支干摩 在发动机转子一维模型中，忽略节点的轴向位
擦阻尼器（elastic support/dry friction damper，ESDFD）。 移 z 以及扭转形变。此时，任意单元在 OZ 方向的转
该阻尼器主要包含 3 个关键部件：鼠笼弹支、摩擦副 角与自转角相同，即 θ z =Ωt。于是，任意节点的广义