电磁-摩擦电混合式振动能量采集与飞机起落架状态自感知集成系统

本文创新性地提出了一种电磁-摩擦电混合能量采集器（ETVH），通过位移敏感型摩擦电纳米发电机（DS-TENG）和双层线性电磁发电机（DL-EMG）的协同作用，实现了飞机起落架振动能量回收（功率密度达1.96 W/m3）与结构健康监测（识别准确率98.99%）的双重功能，为交通装备自供电传感系统提供了创新解决方案。

　　

Highlight

结构与工作原理

图1(a)展示了飞机起落架着陆时承受高机械载荷的场景，其垂直振动蕴含大量动能。我们设计的电磁-摩擦电混合采集器（ETVH）包含两大核心模块：

1. 1.

   位移感知型摩擦电纳米发电机（DS-TENG）：通过摩擦电信号捕捉着陆振动位移特征，实验中获得11.56 V均方根电压输出，功率密度达0.017 W/m³。结合长短期记忆（LSTM）算法，可实时评估起落架状态。

2. 2.

   双层电磁发电机（DL-EMG）：输出2.85 V电压和1.96 W/m³功率密度，能为机载低功耗电子设备供电，形成自维持能源循环。

性能优化

通过MTS振动平台模拟着陆工况（图4d），发现DS-TENG输出随激励幅度变化，可精准识别状态。其诊断系统准确率高达98.99%，且该技术可推广至汽车、重载列车等运输工具。

制造工艺

套筒加工：套筒内表面设计有直径20 mm的圆形线圈槽，以及3 mm×2 mm的矩形通孔。阶梯孔结构确保叉指电极精确定位，整体采用......（后续加工细节省略）

结论

本工作成功开发出兼具能量采集（DL-EMG模块）与智能监测（DS-TENG模块）的双功能系统，为交通装备故障检测提供了可扩展的自供电解决方案。