基于有限元法和多岛遗传算法的飞轮结构参数优化设计

针对一种额定角动量为68 Nms的飞轮,以飞轮轮缘响应相对于基础激励输入的加速度传递率为优化目标,以轮体转动惯量、几何尺寸、强度、刚度、质量等为约束条件,对截面形状为工字型的轮辐和轮缘几何尺寸参数的设计提出了优化方法。该优化方法基于有限元法建立飞轮轮体模型,同时利用多岛遗传算法对飞轮轮体进行了多学科设计优化研究。结果表明,在满足设计要求的前提下,轮缘加速度传递率得到明显降低。该方法对提高航天器飞轮轮体结构设计效率具有一定的现实意义。

发射段阻尼环对飞轮轮体振动放大的黏弹性阻尼动力吸振抑振机理分析和实验研究

飞轮在发射段由于受到安装界面的振动与冲击,会发生振动放大现象,为抑制该振动放大,工程界提出了采用阻尼环的抑制方式。但是针对阻尼环抑振机理的研究显见公开文献发表。针对此问题,基于有限元法建立了理论模型,对发射段飞轮轮体振动放大机制和阻尼环抑振机理进行了分析;为了优化黏弹性阻尼参数,建立了飞轮-阻尼环的等效多自由度模型,给出了最优阻尼的表达式。结果表明,飞轮结构的"拍动振型模态"是其在发射段的轴向共振放大模态,导致轮体结构发生挠性大变形;阻尼环能够有效减小飞轮挠性变形的机理主要有两个:一是阻尼环的某阶模态与飞轮结构"拍动振型模态"相互作用,阻尼环充当动力吸振器;二是通过黏弹性阻尼耗能。对安装阻尼环的飞轮进行了实验研究,通过频响函数对比验证了所揭示的机理。