磁悬浮飞轮优化设计与实验

作     者：刘强 武登云 韩邦成 樊亚洪 LIU Qiang;WU Deng-yun;HAN Bang-cheng;FAN Ya-hong

作者机构：北京石油化工学院机械工程学院北京102617 北京控制工程研究所北京100190 北京航空航天大学"惯性技术"重点实验室北京100191 

出 版 物：《宇航学报》 (Journal of Astronautics)

年 卷 期：2015年第36卷第11期

页      面：1324-1331页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51405022) 

主　　题：磁悬浮飞轮 优化设计 灵敏度 锁紧机构 空间应用 

摘      要：针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。