航天器执行机构结构优化设计研究

admin · 发表于 2022-9-21 18:12:36

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控制力矩陀螺作为大型航天器姿态控制的重要执行机构，具有体积小、质量轻、使用寿命长及功耗低等优点，在航天上的应用越来越广泛。由于航天器结构对质量和体积有很严格的要求，因此优化设计技术已成为控制力矩陀螺结构设计的重要手段。控制力矩陀螺是一个非常复杂的结构，包含众多的组件，研究控制力矩陀螺整体层次上的优化方法可以进一步提高控制力矩陀螺的优化水平，更加快捷、有效的完成控制力矩陀螺的结构优化设计。本文应用有限元软件ANSYS，研究了控制力矩陀螺的多结构组件建模方法，给出了更加合理有效的建模方法与思路。通过相关仿真分析，研究了控制力矩陀螺的动力学特性，探明了各组件之间的影响关系，在此基础上提出了控制力矩陀螺的多结构组件优化设计方法。针对飞轮转子组件，给出了结构优化的数学模型，研究了飞轮组件结构参数对其性能的影响。通过不同优化算法的优化比较，给出了最适合于飞轮组件的优化算法。借助于近似模型的应用研究，阐述了近似模型对飞轮转子组件优化的影响。基于均匀化理论，研究了陀螺房与框架结构的拓扑优化方法，通过三种体积约束下的拓扑优化效果比较分析，给出了最优的结构形式。以某控制力矩陀螺为例，研究了提出的优化方法在实际工程项目上的应用情况，获得较好的效果，证明了所提出的优化方法的可靠性。本文的研究工作有利于深入了解控制力矩陀螺的动力学特性，为以后的结构设计提供参考，同时可以为控制力矩陀螺的优化设计提供更加系统、便捷的优化方法。

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