飞轮焊接温度场数值模拟研究

密封焊接是飞轮装配的关键工序,为了保证密封焊接的质量,需要确定焊接过程中飞轮的温度场分布情况.对某类型飞轮的焊接温度场进行了数值模拟,并将计算结果与试验测试数据进行对比和分析,结果表明：数值模拟与测试结果相吻合,有限元分析模型反映了飞轮在密封焊接过程中的温度场分布情况.     

一种飞轮密封罩优化设计方法

研究飞轮密封罩的结构优化设计方法.首先综合分析了利用凸弧和凹弧构建密封罩结构外形曲线的设计思路,在此基础上提出凹凸弧方案;进而据此推导出凹弧弓高极值,构建一系列飞轮密封罩结构模型;最后以某飞轮密封罩为分析对象,利用有限元技术研究其稳定性等性能随外形参数的变化规律.这种新的设计思路可对类似产品结构的设计提供指导.     

基于回归分析的飞轮泄漏预测模型构建研究

为解决飞轮在交付前其壳体存在微漏这一难题,选取飞轮转速和跑合时间的相关关系作为回归分析对象,探索一种飞轮密封泄漏预测模型的构建方法,并针对该模型进行方差分析、统计检验和相关分析,以保证模型精确度和工程实用性.利用本模型构建方法,可以针对不同规格飞轮或者飞轮其他性能参数构建预测模型,确保交付后飞轮的密封可靠性.     

反作用轮密封罩结构抗屈曲设计计算及试验

反作用轮密封罩结构对保证反作用轮正常工作具有重要的作用,其稳定性直接影响反作用轮性能的稳定性.针对某反作用轮密封罩结构,基于通用有限元分析软件ANSYS,利用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种方法,通过对影响反作用轮密封罩结构稳定性能的关键因素的定量研究,指出壳面形态是影响密封罩稳定性能的关键因素,提出了该类密封罩结构的设计应采用小凸大凹弧的设计方案,说明了两种屈曲分析方法对该类问题的适用范围.反作用轮密封罩的地面模拟试验结果说明了采用非线性屈曲分析方法预测临界屈曲载荷在工程上是可行的.结果为反作用飞轮密封罩结构以及同类产品的设计提供参考.     

开关电源拓扑在飞轮控制系统中的应用综述

卫星在轨运行时,在光照区/阴影区下,卫星电源母线电压差异较大,飞轮在高转速运行时,电机反电势较高,为了满足需求,具有升压功能的开关电源拓扑在飞轮控制系统中得到了有效应用。介绍了几种常用的非隔离型/隔离型拓扑结构,为未来飞轮控制系统的设计提供了有实际意义的应用思路。     

一种非偏置动量单飞轮加磁控制算法

为了提高飞轮控制可靠性,针对仅一个飞轮的非偏置动量三轴稳定控制问题,提出了飞轮不同安装方式下基于单飞轮和磁力矩器的稳定控制算法.仿真试验结果表明单个飞轮在XZ平面斜装时控制精度在0.3°左右,适合在纳星、皮星等微小卫星上应用,飞轮正装时仍可粗精度对地定向,适合多个飞轮故障情况下应用.     

轮控欠驱动航天器的姿态控制特性

针对由飞轮控制的欠驱动航天器,研究了直接以飞轮转速为控制输入时航天器姿态的小时间局部可控性与可镇定性。首先,视飞轮转速为输入,将航天器与飞轮总角动量守恒的约束直接纳入系统动力学方程中。然后,利用非线性系统的可控性与可镇定性理论分析该系统方程在分别带有一个和两个飞轮时的控制特性。结果表明,仅在带有两个非共轴的飞轮时航天器的姿态才有可能满足局部可控;同时,系统已经不能被时不变光滑状态反馈渐近镇定,但至少可以被分段连续的状态反馈渐近镇定。据此,设计了基于四元数的非光滑控制器使得航天器的姿态迅速镇定,同时飞轮转速不超过最大转速,既验证了理论分析结果的正确性,又具有一定的实用意义。     

基于直接冗余的轮控系统故障诊断及优化配置

闭环控制系统中的故障检测与诊断是目前卫星控制工程上急需解决的问题之一。由于故障传播等原因的影响，闭环系统中某一执行机构故障会对其它正常执行机构输出造成影响，因此很容易产生误判。轮控系统是卫星控制系统长期轨道运行模式中的主要执行部件，由于不断作机械运动，难免发生故障，若不及时处理，会给飞行任务带来严重影响。文章介绍了一种基于直接冗余的飞轮故障检测与隔离方法，对于冗余配置轮控系统，每个飞轮的力矩控制信号是按照飞轮的配置结构对三轴所需控制力矩进行分配而得到的，因此当飞轮工作正常时，飞轮的输出(转速变化率)之间会存在一致性。一旦这种一致性被破坏，即说明某一个飞轮发生故障，就要对其进行隔离。这种方法不需要对每个飞轮的力矩控制信号进行积分，减小了计算量。仿真结果验证该方法能够实时检测渐变故障，且不受闭环系统故障传播的干扰。最后还从故障检测性能方面对轮控系统进行了优化配置分析。     

飞轮扰动原因与测量技术现状

飞轮是高精度航天器姿态控制的主要干扰源之一. 分析了引起飞轮产生扰动的主要因素, 详细介绍了美国航空航天局哥达德空间飞行中心、日本宇宙航空开发机构筑波空间中心、美国麻省理工学院空间系统实验室以及中国科研单位在研究中采用的飞轮扰动测量技术, 为进一步开展飞轮扰动测量技术研究奠定了基础.      

飞轮扰振特性及振动控制方法

航天器高精度稳定平台要求飞轮在工作转速范围内的干扰力尽可能低,因此需要对飞轮本身固有的扰振力进行有效抑制,一般对机械飞轮采用被动振动隔离方法,而对磁悬浮飞轮采用主动振动控制方法.分别介绍机械飞轮和磁悬浮飞轮的微振动特性,分析其扰振产生的原因,阐述振动隔离以及振动控制原理,并通过测试系统对现阶段振动抑制效果进行了说明.     

飞轮隔振平台组合系统的动力学建模

为分析隔振平台对星上飞轮扰动的衰减效果,研究了飞轮隔振平台组合系统的动力学建模问题.首先推导出含有静动不平衡量的飞轮加隔振平台组合系统的动力学模型.从模型中得出,飞轮和平台之间存在耦合;转子的静动不平衡会体现为飞轮的多项扰动力和扰动力矩.其次,对这些扰动项进行量级分析,并据此简化系统方程.最后利用数值仿真将简化模型与之前的完整模型作对比,验证了此简化模型的合理性;并通过初步的整星系统仿真,说明了隔振系统对航天器姿态稳定度的改善效果.     

基于扩张状态观测器的飞轮故障检测与恢复

飞轮是卫星姿态控制系统中的主要执行部件,实现其自主故障检测与恢复对于维持卫星正常姿态具有很重要的意义.在建立了精确飞轮开环系统模型的基础上,设计了二阶非线性连续扩张状态观测器ESO(Extended State Observer).将飞轮故障视为系统外扰,并假设其余外扰是小量可忽略,则利用此ESO不仅能实时得到飞轮开环系统的状态量,当飞轮发生故障时更能快速准确地估计出故障量.因而无需产生系统残差即可直接进行故障检测,同时根据故障量的大小对系统输入即驱动电压进行补偿,使飞轮转速仍能维持正常值,保证卫星姿态不受故障影响.数值仿真验证了此方法的有效性.      

基于自适应观测器的飞轮故障诊断物理仿真

研究了反作用飞轮的故障诊断问题.针对反作用飞轮的非线性数学模型,分析了其故障模式,建立了其故障的参数化描述方法,并在此基础上提出了一种基于参数自适应投影的反作用飞轮故障诊断方法.该方法通过构造观测器,利用参数自适应投影算法来更新参数信息,保证观测器的误差收敛到零.最后对飞轮的正常模式和3种故障模式进行了物理仿真实验,结果表明提出的方法有效可行.     

速率模式飞轮姿态控制系统飞轮组合平稳切换方法

对速率模式飞轮姿态控制系统的能控性、稳定性和飞轮组合切换过程进行了研究,揭示了在飞轮组合切换过程中引起卫星姿态抖动的原因,提出了通过对残余角动量进行卸载并将卸载函数同时前馈到系统输入的方法,以保持卫星姿态的稳定度。从理论上证明了可引入残余角动量进行卸载,将卸载函数同时前馈到系统输入,并且不改变原系统的能控性和稳定性。给出了某卫星飞轮切换应用实例,说明了飞轮组合平稳切换方法的有效性。     

挠性支承对飞轮隔振系统性能的影响分析

飞轮的高速转子在运转过程中会激发微幅多频振动,对航天器的高精度姿态稳定控制产生不利影响.本文基于飞轮隔振系统结构,建立其动力学模型,并通过实验验证该被动隔振装置的固有模态.对增加挠性支承的飞轮隔振系统的数学模型,通过仿真分析隔振装置在挠性支承条件下对飞轮扰动的抑制效果,实验测试了不同挠性支承条件对飞轮隔振系统微振动特性的影响.结果表明,隔振装置在悬臂挠性支承条件下依然具有优异的隔振性能,挠性支承刚度的适当减弱有利于飞轮隔振系统抑制扰动;挠性支承刚度会降低飞轮隔振系统的二阶结构固有振动频率,但基本不影响其涡动特性.     

一种预估反作用飞轮过零寿命的计算方法

对反作用飞轮轴承组件的边界润滑状态、疲劳寿命进行了理论分析,并对边界润滑的摩擦模型进行了一定简化,采用Archard磨损理论建立了磨损率与疲劳寿命的关系.根据边界润滑状态和弹流润滑状态的对比分析,建立了反作用飞轮在过零状态下的过零寿命的计算公式,可定量估算反作用飞轮的过零寿命.     

磁悬浮反作用飞轮磁轴承动反力分析及实验

针对磁悬浮反作用飞轮转子系统,提出了一种描述混合磁轴承动反力的新模型.基于拉格朗日原理,将飞轮转子两去重面内不平衡质量矩等效至两端径向磁轴承位置,并与转子惯性轴偏离几何轴引起的离心力共同作用,得到磁轴承动反力.仿真结果表明:转子两不平衡质量矩大小相等时,其振幅从相位差φa-φb=0时的30μm减小至φa-φb=π时的10μm(减小了2/3),从转速为1000 r/min时的5μm增加至5000 r/min时的10μm(增加了1倍).测试实验结果与仿真结果一致,为飞轮系统高精度高稳定度控制奠定了基础.     

基于LightGBM的卫星飞轮温度预测

为保障卫星的正常在轨运行,地面系统需要对卫星运行状态进行监控预警,其中对卫星各系统的温度监控尤为重要.温度不仅直接反映卫星系统的健康状态,更会对系统器件的性能和寿命造成影响.飞轮作为卫星姿态控制系统的重要组件,其温度变化是识别姿态控制系统状态的重要信息.卫星飞轮温度的预测与预警对卫星在轨稳定运行具有重要意义.本文基于某...     

卫星姿控用无铁心永磁无刷飞轮电机综述

取消了定子铁心的外转子永磁无刷直流飞轮电机,以其高效性、轻量化、转矩密度大、寿命长和无污染等优点被广泛应用于微小卫星姿态控制系统。依据磁场的形成原理对定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机进行了分类,主要包括径向磁场型和轴向磁场型。阐述了不同结构拓扑下定子无铁心永磁无刷直流电机的特征和关键技术,包括定子绕组、转子和永磁体、磁悬浮轴承技术、损耗与振动等。报告了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究进展,总结了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的效率、转矩等特性,讨论了该类无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究方向和发展趋势。     

双级低滞后刷式密封级间不均衡性分析

针对一种结构参数的双级低滞后刷式密封,采用多孔介质模型进行流场计算,对刷丝安装角度以及第二级前板间隙高度和背板间隙高度与分压比的关系进行分析;基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算得到刷丝的受力和变形情况,分析参数对转子所受摩擦扭矩的影响,讨论参数对双级低滞后刷式密封级间不均衡性的影响.分析表明,第一级刷丝安装角度的增大和第二级刷丝安装角的减小能在一定程度上使两级分压趋于均衡.第一级结构参数不变时,第二级的前板间隙高度变化对级间不均衡性影响不大,背板间隙高度在特定值时,两级可达到均衡状态.