在航空发动机、燃气轮机等高端旋转机械领域，转子平衡一直是工程师面临的重大挑战。当转子转速超过临界转速时，微小的不平衡可能引发剧烈振动，威胁设备安全。
近日，厦门大学等机构的研究团队在《Measurement Science and Technology》发表了一项创新研究成果，提出了一种名为“共振规避模态平衡法”（RAMB）的新技术，可在避免危险共振的前提下，实现高速柔性转子的多模态精准平衡。
 
转子平衡：从"低速"到"高速"的技术跨越
对于远低于第一临界转速运行的转子，传统的单平面和双平面低速平衡方法足以应对大多数实际问题。然而，当转子需要跨越一个或多个临界转速高速运转时，情况变得复杂得多。
此时，转子不平衡的复杂分布及由此产生的轴变形不可忽视。在低速下平衡良好的转子，在高速下（尤其是接近临界转速时）可能振动剧烈。
目前，解决柔性转子平衡问题主要依靠两大技术：模态平衡法和影响系数法。
模态平衡法针对特定模态计算校正权重，将其置于特定轴向位置以补偿相应的模态变形。
影响系数法则是一种基于试错法的实验性方法，通过在不同转速下测量振动响应，确定校正平面与传感器位置间的传递关系。
然而，这两种经典方法都面临一个共同难题：需要在临界转速附近进行平衡测试，这不仅成本高昂，更存在显著的安全隐患。
创新突破：在"安全区"实现"高速平衡"
研究团队首先证明了利用低于第一临界转速的测量数据实现多模态平衡的理论可行性。这种被称为"低速模态平衡法"（LSMB）的方法，仅利用转子的模态参数（模态频率和阻尼比）进行建模，同时在低速条件下进行试运行。
但问题随之而来：尽管理论上可行，LSMB却极易受到测量噪声干扰，大大限制了其实际应用。
为此，研究团队创新性地提出了谐振规避模态平衡法（RAMB）。
RAMB的核心创新
RAMB采用前向模式逐模平衡技术，通过将低阶模态的校正权重信息直接纳入模态平衡方程，实现了三大突破：
无需在临界转速下运行：整个平衡过程都在低于临界转速的安全区域完成
逐阶平衡，互不干扰：先平衡低阶模态，再平衡高阶模态，避免已平衡模态被破坏
强大的抗噪声能力：通过巧妙的算法设计，大幅降低测量噪声对平衡精度的影响
研究团队还引入了Tikhonov正则化技术，进一步提升了数值计算的稳定性。
 
实验验证：效果显著优于传统方法
为验证RAMB的有效性，研究团队开展了系统的数值模拟和实验测试。
无噪声环境下的模拟
在不考虑测量噪声的情况下，团队对比了影响系数法、统一平衡法、LSMB和RAMB四种方法的平衡效果。结果显示：
影响系数法虽能在特定转速附近实现局部平衡，但临界转速附近的振动仍明显存在
统一平衡法能有效消除三个模态的振动，但需在临界转速进行振动测量
LSMB和RAMB在避免临界转速测量的同时，显著降低了不平衡响应，有效抑制了共振峰值
噪声环境下的表现
当在模拟中引入测量噪声后，各方法的差异更加明显：
LSMB受噪声影响显著，在多数转速下未能有效抑制振动
RAMB则表现出色，前三个临界转速下的振幅均被抑制到极低水平
通过1000次蒙特卡洛模拟，团队进一步验证了RAMB的鲁棒性。在1%、5%和10%三种噪声水平下，RAMB的最大振幅均值最低，标准差最小，优势随噪声增加而愈发明显。
 
实际转子测试
在我司制造的三盘柔性转子试验装置上，研究团队开展了实物验证。
 
结果表明：
仅平衡单一平面无法确保转子安全通过第二临界转速
采用RAMB同时平衡左右平面后，转子可平稳通过第一、第二临界转速
与LSMB和影响系数法相比，RAMB展现出最优的平衡性能，第一阶模态附近的振动抑制效果最佳，且是唯一能以低振幅超越第二临界转速的方法
 
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