磁流变弹性体阻尼器的设计及其磁路分析

　　1 引言

　　航空发动机质量的优劣直接决定着整个飞机性能的高低，因此被誉为飞机的心脏。同时，一个国家航空发动机的制造平被认为是这个国家科技水平，军事实力，甚至是综合国力的象征。对于航空发动机而言，其最关键的基础件是发动机上的叶轮。据专家推测，在未来高性能航空发动机（如歼击机发动机）的发展过程中，高温合金整体叶轮将是其实现结构创新和技术跨越的核心零件[1]。目前，在加工高温合金整体叶轮中最大的问题在于高温合金材料的切削加工性能不好，而整体叶轮的结构复杂，非常容易变形。并且，在其加工过程中，所产生的残余应力难以及时消除，使得振动往往伴随着整个切削过程且难以得到有效的抑制。振动不仅使叶轮的表面质量不易控制，而且严重影响了叶轮的加工效率，甚至损坏整个切削加工系统。当前，如何有效抑制加工高温合金叶轮时产生的振动，提高叶轮加工的效率和质量，已成为世界性的难题，并受到世界各国越来越多研究者的重视。

　　就现在的科研水平而言，很难准确预测加工高温合金叶轮时的切削稳定域以及优化相关参数，因此，有必要从其它的角度寻找新的抑制振动的有效方法，以扩展高温合金叶轮加工时的切削稳定域，提高高温合金叶轮的加工效率和精度。从振动控制的角度考虑，抑制振动的方法可分为被动控制，半主动控制，主动控制。其中，半主动控制方式对振动的抑制效果与主动控制方式接近，成本又低于主动控制方式，故可以通过半主动控制方式来抑制切削过程中产生的振动，提高高温合金整体叶轮的加工效率和表面质量。正是基于上述思想，利用磁流变弹性体设计一款用于半主动控制的阻尼器，以此来抑制加工过程中产生的振动。

　　2 磁流变弹性体及其磁流变效应

　　2.1 磁流变弹性体

　　磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer MRE）是将铁磁性物质均匀的分散在液体橡胶中，并将混合后的液体放置在磁场中静置固化后所形成的新的材料。它是一种新型的磁流变材料。与磁流变液相同，当对该材料施加磁场后，其材料刚度迅速改变，但当撤去磁场后材料的性能又恢复到原来的状态。其刚度改变的多少与施加在材料上的磁场大小有关。且该材料的响应速度很快。与磁流变液相比，磁流变弹性体将载液由橡胶基代替，因而不必考虑材料颗粒的沉降稳定性，也不需要考虑密封问题，因而在工程应用上有很好的前景。

　　磁流变弹性体最早是由一些科研人员在1995 年研制出来的[1]。此后，国外多个研究团队开始研究将磁流变弹性体应用于减振装置的可能性，并开发了多款基于磁流变弹性体的减振隔振装置。研究表明，基于磁流变弹性的减振装置有明显的减振移频作用，具有很好的应用前景。在国内，中国某大学[1]首先开展了有关磁流变弹性体及其应用的研究。并研发出几款基于磁流变弹性体的吸振装置。实验表明，所研制的吸振装置具有较好的减振效果，有望在设备减振及降噪领域得到应用。近几年，在国内多所大学也开始了磁流变弹性体方面的研究，并取得了一定的成果。