磁悬浮控制力矩陀螺力学分析与结构优化设计

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雅宝题库解析：
轻型控制力矩陀螺是敏捷机动卫星的关键执行机构。基于对卫星的快速多目标捕获，再定向及跟踪功能的要求，轻型控制力矩陀螺需要具备可靠性高、重量轻、体积小等特性，因此对力矩陀螺进行力学分析与结构的优化设计十分重要。本文主要进行了以下几个方面的研究：1）论述了计算机辅助设计和分析等技术及工具软件实现方法，对磁悬浮控制力矩陀螺总体结构设计和分析进行了理论研究；2）对控制力矩陀螺最主要的高速转子组件及框架伺服系统两大系统进行了力学分析和结构设计。针对控制力矩陀螺转子系统进行了强度分析，达到安全系数的性能指标要求；然后进行了固有频率的计算与设计，使其能满足控制系统稳定性精度方面的要求；通过对某磁悬浮高速转子组件的优化设计研究，为控制力矩陀螺高速转子组件的工程化做准备。针对框架组件，基于有限元理论对其进行建模，分析固有振型，并得到其固有频率；以某型号卫星鉴定级力学实验条件进行了随机振动分析，验证系统的强度。除此之外，通过随机振动分析，对控制力矩陀螺陀螺房与框架轴连接处螺栓进行了优化选择。3）对磁悬浮控制力矩陀螺关键结构件——框架体进行分析和优化设计。通过引入自动更新模型与正交试验理论，总结了一套可行的框架体设计及优化方法。4）通过控制力矩陀螺的力学振动实验验证了系统结构强度及可靠性。本课题的研究方法提高了控制力矩陀螺的设计效率和设计质量，对其工程应用具有重要意义。