專利名稱：用于飛機引擎底座的具有反饋和前饋控制的主動消振和振動隔離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在引擎底座中提供主動振動隔離以便防止飛機引擎的振動傳播到飛機的機翼和機身的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在飛機座艙內(nèi)，由引擎旋轉(zhuǎn)的基頻產(chǎn)生音調(diào)噪聲(tonal noise)。在許多年內(nèi)，這種噪聲的產(chǎn)生一直是一個問題。該音調(diào)噪聲由引擎旋轉(zhuǎn)部件中的殘余不平衡引起，例如低速和高速渦輪機、風(fēng)扇葉片、壓縮機等等。盡管來自所述旋轉(zhuǎn)部件(包括軸和葉片)的不平衡由于制造方法的改進而在制造過程中被緊密地控制，但是由于操作的改變或者系統(tǒng)隨著時間的磨損，仍然會產(chǎn)生所述不平衡。因此，來自旋轉(zhuǎn)部件的顯著的“每轉(zhuǎn)一次”的振動就被引入到引擎操作當(dāng)中。這些振動通過機翼和/或機身結(jié)構(gòu)傳播，并且在機艙中產(chǎn)生令人討厭的低頻音調(diào)噪聲。這種音調(diào)噪聲通常是總體機艙噪聲級的主要成分。根據(jù)許多噪聲評估標(biāo)準(zhǔn)，如果存在顯著的音調(diào)噪聲，則對于總體噪聲級將有附加的懲罰。這些音調(diào)通常處于低頻范圍內(nèi)。例如，用在中、大型商務(wù)飛機上的引擎通常具有低于IOOHz的低壓(LP)系統(tǒng)Ι/rev頻率和低于200Hz的高壓(HP)系統(tǒng)Ι/rev頻率。對于例如區(qū)域性的噴氣機之類的小型飛機來說，LP系統(tǒng)Ι/rev大約是IOOHz，而HP系統(tǒng)Ι/rev大約是300Hz。生理聲學(xué)分析表明，人們在暴露于低頻噪聲時容易感到疲勞，例如在長途飛行中長時間暴露于低頻噪聲時尤其如此。可以理解，這些音調(diào)振動不`可避免。在引擎制造過程中，旋轉(zhuǎn)部件被仔細(xì)地進行了平衡。然而在操作期間，所述平衡可能會發(fā)生變化，從而在結(jié)構(gòu)中引入不平衡。隨著服役時間的系統(tǒng)磨損也可能會引入不平衡。由不平衡引起的振動通過引擎底座、機翼結(jié)構(gòu)、機身結(jié)構(gòu)傳播，并且最終激發(fā)機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)(比如配平板(trim panel))振動。該內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動將噪聲傳播到機艙內(nèi)。通常來說，“軟”(也就是柔性的或減振的)引擎底座一直是最便宜且最有效的減小振動傳遞的方式。然而，對于大型商務(wù)飛機來說，引擎振動頻率可能低至45Hz，這意味著軟底座隔離器需要被設(shè)計成具有遠(yuǎn)低于45Hz的共振頻率。這種“軟”底座設(shè)計導(dǎo)致在引擎加速時產(chǎn)生大的位移，這是不期望的并且是飛機艙制造商所希望避免的。另外，軟引擎底座的可靠性和耐久性也是一個問題，因為它們的可靠性和耐久性不如硬弓I擎底座。因此，在使用硬引擎底座的應(yīng)用中仍然需要減小音調(diào)噪聲的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，在引擎底座的附近附著有主動振動機構(gòu)，從而根據(jù)引擎的安裝形式而防止引擎振動傳播到引擎底座結(jié)構(gòu)(例如機翼或機身結(jié)構(gòu))中。在一個實施例中，該主動振動機構(gòu)是附著到引擎底座附近(或嵌入其中)的結(jié)構(gòu)的作動器，其用來注入反振動移動以便抵消由引擎產(chǎn)生的音調(diào)振動。在另一個實施例中，該主動振動機構(gòu)是附著到引擎底座附近(或嵌入其中)的結(jié)構(gòu)的作動器，其用來消散由引擎產(chǎn)生的音調(diào)振動的動能。在本發(fā)明的一個實施例中，振動傳感器被放置在引擎和/或機身和/或機翼結(jié)構(gòu)上，以便監(jiān)測引擎和引擎底座結(jié)構(gòu)的振動性能。來自這些傳感器的數(shù)據(jù)連同引擎速度信號一起被用于確定所述旋轉(zhuǎn)部件和引擎(例如渦輪機軸等等)的瞬時基頻。然后，所確定的這些基頻被用于產(chǎn)生將被發(fā)送給所述作動器的反振動信號，所述作動器產(chǎn)生反振動移動或等效動能吸收器，以便按照需要抵消或者減輕所確定的基頻振動及其高階諧波。


在完全考慮了下面參照附圖示意性地闡述的本發(fā)明的說明性實施例之后，本發(fā)明的優(yōu)點、特性和不同的附加特征將變得顯而易見，其中:圖1是硬引擎底座結(jié)構(gòu)的圖示；圖2是圖1中所示的硬安裝引擎結(jié)構(gòu)的傳遞能力的圖形表示；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的引擎底座結(jié)構(gòu)的圖示；圖4是具有多種振動控制策略的、包括本發(fā)明的實施例的引擎底座的傳遞能力的圖形表示；圖5是本發(fā)明的一個實施例的控制系統(tǒng)的圖示；圖6是本發(fā)明的機身到引擎底座的圖示；以及圖7是本發(fā)明的機翼到引擎底座的圖示。
具體實施例方式下面將參考附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，所述附圖不以任何方式對本發(fā)明的范圍做出限制。圖1示出了通常所知的硬引擎底座，圖2所示的是該硬引擎底座的傳遞能力，由振動(dB)與頻率(Hz)的關(guān)系表示。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有主動元件的引擎底座300，而圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的引擎底座，其包括用于該引擎底座的控制系統(tǒng)的圖示。圖4示出了多種引擎底座配置和方法的傳遞能力(振動與頻率的關(guān)系)。圖6和7分別示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的引擎底座到機身和機翼的簡化圖?；氐綀D1，傳統(tǒng)的硬引擎底座結(jié)構(gòu)100被表示為一個單自由度系統(tǒng)。將引擎14耦合到機翼12上(也可以是機身或其他結(jié)構(gòu))的引擎底座結(jié)構(gòu)10由彈簧剛度為K的彈簧和粘滯阻尼系數(shù)為C的阻尼器。在引擎操作期間，引擎14相對于同樣具有振動和移動的機翼12振動并且移動。該系統(tǒng)的動力學(xué)等式由下列等式表示:
權(quán)利要求
1.一種引擎底座振動控制系統(tǒng)，包括: 將引擎(34)耦合到引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)的至少一個引擎底座(30)； 與引擎底座(30)并行放置的至少一個主動振動元件(36)，所述至少一個主動振動元件(36)將引擎(34)耦合到引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)，使得所述至少一個主動振動元件(36)在所述引擎(34)和所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)上提供制動力，所述至少一個主動振動元件(36)傳遞足以抵消和/或減輕引擎振動的力； 安裝在所述引擎(34)上的至少一個振動傳感器(40)和安裝到所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)上的至少一個振動傳感器(42)，用以檢測在所述引擎(34)和所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)的其中一個中的振動；以及 控制器(38)，其接收來自所述引擎上的所述振動傳感器(40)和所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)上的所述振動傳感器(42)的信號，并且基于所接收到的、來自所述振動傳感器(40，42)的所述信號來控制所述至少一個主動振動元件(36)，其中所述控制器被配置成利用組合的反饋和前饋控制來調(diào)節(jié)控制參數(shù)， 其中所述控制器利用組合的反饋和前饋控制并且其中所述控制器(38)被配置成利用組合的、來自安裝到所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)上的至少一個振動傳感器(42)的反饋數(shù)據(jù)和來自安裝在所述引擎(34)上的至少一個振動傳感器(40)的前饋數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)控制參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng),其中所述至少一個主動振動元件(36)被嵌入在所述至少一個引擎底座(30)中。
3.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，還包括由所述控制器控制的多個所述主動振動元件(36 )。
4.如權(quán)利要求3所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，其中所述多個所述主動振動元件(36)當(dāng)中的至少一些具有相對于至少一個其他所述主動振動元件(36)的不同取向。
5.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，其中所述振動傳感器(40，42)是加速度計、速度傳感器、位移傳感器、張力計以及形變計當(dāng)中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，其中所述引擎(34)是飛機引擎，并且所述弓I擎支撐結(jié)構(gòu)(32 )是機翼或機身的其中之一的一部分。
7.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，其中所述引擎底座(30)是硬引擎底座。
8.如權(quán)利要求1所述的引擎底座振動控制系統(tǒng)，其中所述引擎在第一方向上的位移被定義為X，所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)在第一方向上的位移被定義為y，并且所述控制器(38)控制所述至少一個主動振動元件(36)以便最小化比值y/x。
9.一種控制引擎底座系統(tǒng)的振動的方法，包括: 利用至少一個主動振動元件(36)和引擎底座(30)來耦合引擎(34)和引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)； 感測引擎(34)和在其上安裝有引擎(34)的引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)當(dāng)中的至少一個的振動； 基于所述感測步驟、利用所述至少一個主動振動元件(36)向所述引擎(34)和所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)的至少其中之一提供至少一個制動力，以使得從所述引擎(34)到所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)的振動傳遞最小化，所述提供至少一個制動力包括傳遞足以抵消和/或減輕引擎振動的力；以及 基于組合的反饋和前饋控制來調(diào)節(jié)制動力的控制參數(shù)，所述調(diào)節(jié)控制參數(shù)利用組合的、來自安裝到所述引擎支撐結(jié)構(gòu)(32)上的至少一個振動傳感器(42)的反饋數(shù)據(jù)和來自安裝在所述引擎(34)上的至少一個振`動傳感器(40)的前饋數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種引擎底座結(jié)構(gòu)(300)，其具有附著于該引擎底座(30)的附近的主動振動機構(gòu)(36)，用以防止引擎振動傳播到引擎安裝結(jié)構(gòu)(32)(例如飛機的機翼或機身結(jié)構(gòu))中。附加地，傳感器(40/42)被設(shè)置在引擎(34)和/或機翼/機身結(jié)構(gòu)(32)上，以便提供控制信號給所述主動振動機構(gòu)(36)，從而使得主動振動機構(gòu)(36)對所感測的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，以便最小化從引擎(34)到機翼/機身(32)中的振動傳遞率。
文檔編號F16F15/02GK103072697SQ201310022538
公開日2013年5月1日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者H.羅, C.D.楊 申請人:通用電氣公司