Page 229 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 王程阳，等：航空发动机转子系统振动主动控制优化与试验研究 1433

无阻尼器 优化后 优化前 优化后 优化前

400 80
60
幅值A / μm 300 控制力F / N 40
200
20
100
0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900
−1
−1
转速Ω / (r·min ) 转速Ω / (r·min )
(a) 总体对比 (a) 一阶局部图
(a) Overall comparison (a) Local pressure diagram of the first order mode
55 50
40
50
幅值A / μm 45 控制力F / N 30
20
40
35 10 0
2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 4680 4700 4720 4740 4760 4780 4800 4820 4840 4860 4880 4900
−1
转速Ω / (r·min ) −1
转速Ω / (r·min )
(b) 局部对比 (b) 二阶局部图
(b) Localized comparison
(b) Local pressure diagram of the second order mode

图 8 设计工况下 5 支点幅频特性曲线对比 图 10 设计工况正压力对比
Fig. 8 Comparison of amplitude-frequency characteristic Fig. 10 Comparison of design pressure
curves of support 5 under design conditions
表 6 设计状况下控制效果和控制代价对比

无阻尼器 优化后 优化前 Tab. 6 Comparison of control effects and control costs under
100
design conditions
幅值A / μm 80 初始PI控制一阶 减振比/% 代价/% 稳定性

模态
60
40
86.26
100.00
1
20 初始PI控制二阶 59.05 100.00 1
0 优化PI控制一阶 87.47 100.51 1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
−1
转速Ω / (r·min ) 优化PI控制二阶 66.48 116.17 1
(a) 总体对比
(a) Overall comparison 全 消 除， 转 子 上 会 存 在 由 这 些 误 差 造 成 的 不 平 衡
40 量。与此同时，不平衡量分布等动力学参数随气动
流场气动力、发动机状态和温度场的变化而变化，
幅值A / μm 30 造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。例
35
如与巡航状态相比，在起飞和加力状态下，发动机需
要更加高的推力，工作温度更高，此时热应力和气动
25
4600 4650 4700 4750 4800 4850 4900 4950 5000 力可能会改变转子的不平衡量分布。因此在得到正
−1
转速Ω / (r·min )
常工况下的设计参数之后，需要将其应用于不同任
(b) 局部对比
(b) Localized comparison 务 段 中， 以 探 求 其 在 非 设 计 工 况 下 性 能 参 数 的 变

图 9 设计工况下增压级盘幅频特性曲线对比 化。本节以 2 倍不平衡量为转子非设计工况进行分
Fig. 9 Comparison of booster disk amplitude-frequency 析，得到转子不同模态的幅频曲线和压力对比图如
characteristic curves under design conditions 图 11、12 和 13 所示。优化前后，转子减振效果的各
项指标对比如表 7 所示。
综合结果分析，带 ESDFD 的发动机若不进行振
无阻尼器 优化后 优化前

动主动控制，转子一阶参考对象处的幅值可能会超 800
过安全限制值，从而导致碰摩等故障的发生。而通 600
过 ESDFD 主动控制能够显著降低振动幅值，且参数 幅值A / μm 400
优化后的控制方法可提供更好的振动控制效果和更 200
高的安全裕度。

0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
−1
3.3 非设计工况仿真 转速Ω / (r·min )
(a) 总体对比
由于在生产和组装过程中产生的误差无法被完 (a) Overall comparison

/ μ
幅值

转速Ω · −1
局部对比