一种飞轮密封罩优化设计方法

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DoI：10.3969/i.issn.1674-1579.2013.02.009An Optimization Design M ethod for FlywheelS Sealed CoverQI Ming，ZHANG Shaowei，LIN Yanli(Space Precision Bearing Applications Laboratory，Beijing Institute of Control Engineering，Beijing 1 001 90，China)飞轮是卫星姿态控制系统 的重要执行部件 ，根据星上计算机的指令控制飞轮转速变化从而产生作用于星体的反作用力矩 ，通过控制星体姿态连续变化 ，从 而实现卫 星的姿态控制 .-般而言 ，飞轮由壳体 、轴承、转子、电机和线路组成.其中壳体是整个飞轮的安装及封装载体 ，由基座、支承轴和密封罩组成，如图 l所示.壳体-般需进行密封处理，将其内部稳定在规定的真空条件下，以保证测试时飞轮高速运转，这是壳体的-项主要功能.由于在轨状态时内外压差对壳体的影响不大，则在地面验证时，壳体要以自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件中国空间技术研究院产品创新项目收稿 日期 ：2012-08-15下不失效 ，其中密封罩 的外形及厚度等参数对实现上述功能起关键性作用，并直接影响飞轮整机总质量.因此 ，对飞轮密封罩优化设计方法进行研究具有重要意义。

姜维等 通过分析选用了折边浅碟形密封罩，对飞轮密封罩进行应力分析 ，给 出了规定压力条件下密封罩最小允许厚度的计算式.赵丽滨等 基于两段圆弧组成母 线的壳面形态 ，研究了飞轮密封罩结构的稳定性能，得出采用特征值屈曲分析方法检验结构的稳定性能较 为安全的结论 ，为密封罩设计提供了理论依据.李红等 在上述文献基础上，-， n 咖旨山 -～～-----～-- ～- ～～----- 莺 ；兰 -～- ～· 52- 空间控制技术与应用 39卷(1)现有飞轮密封罩外形曲线设计方案-般均为凸或凸凹弧 ，并没有考虑其相反形 式-- 凹弧或凹凸弧的设计方案.而飞轮规格类型多种多样 ，对某型飞轮密封罩而言，存在采用 凹或凹凸弧构建其外形曲线的可行性.因此，飞轮密封罩设计应全面考虑这两种设计方案 ，寻求全局最优.由于前-种方案已有深入研究 ，因此本文仅针对 凹凸弧设计方案进行研究 ，分析飞轮密封罩性能随外形参数的变化规律 ；(2)借鉴 已有文献 ，推导 出了凹凸弧设计方案中凹弧弓高极值 ，据此 间隔取值 可构建 出密封罩 系列结构模型.对所构建模型进行分析发现：随着外形参数值的变化 ，最大应力和屈 曲因子总 的趋势是均具有最小值，且最大应力仅体现在密封罩接近中心 处 ：(3)根据上述变化规律 ，给出了方案选取原则 ：在屈曲因子满足安全要求的子样中选取最大应力取得最小值的方案 ，并在满足应力和屈曲安全要求的前提下进行局部优化 ，即在密封罩接近中心处小范围加厚密封罩 以增大强度 ，同时减小密封罩厚度以减小质量，得到优化方案；若屈曲因子均不满足要求，则需增加密封罩厚度后重新进行优化设计；(4)本文针对飞轮密封罩设计 ，提 出了另外-种设计思路，可对类似产品结构的设计提供指导。