基于阻力矩测量方法的高速磁悬浮飞轮损耗分析与优化

磁悬浮惯性执行机构是空间飞行器姿控系统的关键执行机构,为了准确获得高速磁悬浮飞轮的能耗影响因素,对飞轮结构进行优化设计.首先分析了旋转磁通条件下磁性材料的铜损耗、磁滞损耗和涡流损耗,提出采用电机阻力矩测量方法间接测量磁悬浮飞轮内部的能量损耗,通过实际测量飞轮降速曲线和理论计算得到飞轮阻力矩,测量不同结构形式和基座材质下飞轮的阻力矩,并比较了飞轮能耗.实验结果表明,在满足飞轮其他性能情况下,增加电机定转子轴向间距、添加电机隔磁环、改变电机定子及磁轴承基座材料可以降低飞轮阻力矩.优化后的飞轮阻力矩由原来的28.7mN·m降低至21.5mN·m,能耗降低25％以上.     

新型跟踪微分器在航空发动机磁悬浮轴承中的应用

为了实现航空发动机磁悬浮轴承的稳定悬浮,在磁悬浮轴承反馈控制器设计中获取光滑、精度高、相位滞后小的跟踪滤波与微分信号等位移传感器信号,基于离散2阶串联型系统,提出了一种具有边界层函数、基于离散时间最优控制算法的新型跟踪微分器。为减小算法在滤波与微分信号提取过程中的相位滞后,在所设计的跟踪微分器算法中引入相位调整因子对相位进行实时有效地补偿。分别从时域与频域的角度进行仿真及试验验证,结果表明：所提出的新型跟踪微分器算法具有全程快速、无超调、无颤振、相位滞后小、精度高等特点,与原基于离散时间最优控制的跟踪微分器算法相比,其平均相位滞后减小80～100个采样周期,满足实际工程应用需求。     

机动飞行下机载磁悬浮转子振动响应

为了探究机动飞行对机载磁悬浮转子振动响应的影响,建立了飞机机动飞行下柔性转子的运动微分方程和磁悬浮轴承模型,使用基础运动的6个参数描述了飞机转弯和俯冲拉升2种机动飞行的完整过程,对1个磁悬浮轴承支承的单盘柔性转子进行了振动响应数值计算分析。仿真结果表明：采用比例-微分控制的磁悬浮轴承转子系统在飞机转弯和俯冲拉升时,转子进动中心会随着机动飞行过程发生偏移,转子振动增大,可能与磁悬浮轴承发生碰摩故障;采用比例-积分-微分控制时,磁悬浮轴承可以以增大控制电流为代价减小机动飞行对转子振动的影响。为了实现磁悬浮轴承在航空发动机等机载旋转机械上的应用,在磁悬浮转子系统设计时要充分考虑机动飞行对振动响应的影响。     

基于磁悬浮试验架的固体火箭发动机侧向力测量研究

简介了发动机磁悬浮试验架侧向力测量原理及方法.设计基于磁悬浮试验架的侧向力静态标校试验,辨识电磁力计算公式中的电流刚度系数、位移刚度系数,对磁悬浮试验架侧向力测量的静态特性进行了鉴定,得知重复性、线性度和迟滞性均小于或等于5%,综合误差小于或等于8.7%.经过对某固体发动机试验数据的处理表明,使用磁悬浮试验架能够测量发动机稳定工作时间段产生的侧向力.     

扁平型外转子混合磁悬浮飞轮动力学分析

针对扁平型外转子磁悬浮飞轮,考虑轴向被动悬浮刚度影响,采用理论模型与数值模拟相结合的方法,对系统静态悬浮和稳定旋转两种工况下的动力学特性进行了研究.结果表明,静态悬浮时,轴向刚度的变化对径向摆动固有频率影响明显,径向刚度的变化主要影响系统径向刚体平动固有频率,振型交换区内系统振型为转子刚体平动与摆动的叠加;稳定旋转时,轴向刚度的变化主要影响低速圆锥涡动频率,径向刚度的变化主要影响圆柱涡动频率.     

被动式电磁阻尼器对磁悬浮转子系统不平衡响应的影响

采用被动式电磁阻尼器控制磁悬浮轴承转子系统振动.首先,设计了一个被动式电磁阻尼器,可以通过电流变化控制阻尼力.然后,基于通用有限元软件NASTRAN,对磁悬浮轴承转子系统分析了不同阻尼下的不平衡响应仿真.最后通过系统高速旋转实验,研究了不同阻尼器控制参数下该系统的不平衡响应.仿真与试验结果表明,增加被动式电磁阻尼器能够改善系统的动态性能并降低转子的不平衡振动,使转子成功越过一阶弯曲临界转速15 600 r/min,稳定运行在21 000 r/min.     

基于扩展卡尔曼滤波器的航天器姿控飞轮故障诊断

将未知输入卡尔曼滤波器扩展到非线性系统,并将其应用于检测航天器飞轮出现的早期渐变型故障,以提高故障检测的及时性,避免重大事故的发生。通过构造一组结构化残差实现故障分离,采用Wald序列检测方法处理滤波残差,最后给出故障判断逻辑。仿真结果验证了结论的有效性。     

航天器贮能飞轮的发展与应用

介绍了一种替代航天器传统化学蓄电池的新概念电池-贮能飞轮,具有比能量、比功率大,寿命长,免维护、无二次污染的优点。论述了基于无位置传感器控制永磁同步电机/发电机的电磁悬浮贮能飞轮组成、电动机/发电机能量转换控制原理、关键技术和未来发展方向。