微型动量轮磁性真空密封系统优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微型动量轮磁性真空密封系统优化方法，该方法以质量最小为优化目标，在现有优化方法的基础上，增加了剩磁矩分析模型。以剩磁矩、最大等效应力、最大变形、一阶自由共振频率、最大热应力和稳定性安全系数为约束条件，通过优化算法反馈获得最优目标。该方法采用了多学科优化方法，考虑了密封系统磁性能，进一步优化了系统性能，满足了微纳卫星对于剩磁矩的特殊要求，其设计思想可用于小型航天器各类密封系统。能适应微纳卫星体积小、质量小、无推进系统、结构简单的特点，以及对动量轮剩磁矩近似零的特殊要求。

Optimizing Method of Magnetic Vacuum Sealing System for Micro-Momentum Wheel

The invention discloses an optimization method for magnetic vacuum sealing system of micro momentum wheel, which takes the minimum quality as the optimization objective, and adds a residual magnetic moment analysis model on the basis of the existing optimization method. The optimal objective is obtained by optimizing the feedback of the optimization algorithm under the constraints of residual magnetic moment, maximum equivalent stress, maximum deformation, first-order free resonance frequency, maximum thermal stress and stability safety factor. This method adopts multidisciplinary optimization method, takes into account the magnetic properties of the sealing system, further optimizes the system performance, and meets the special requirements of remanence moment for micro-nano satellites. Its design idea can be applied to all kinds of sealing systems of small spacecraft. It can adapt to the characteristics of small size, small mass, no propulsion system and simple structure of micro-nano satellite, as well as the special requirement of zero momentum wheel remanence moment.

【技术实现步骤摘要】
微型动量轮磁性真空密封系统优化方法
本专利技术涉及一种无剩磁矩部件的薄壁密封系统设计，尤其涉及一种微型动量轮磁性真空密封系统优化方法。
技术介绍
随着商业航天的发展，商业微纳卫星应用越来越广泛。动量轮作为航天器姿态控制的关键惯性执行机构，决定了航天器平台姿态稳定度和姿态控制精度，是微纳卫星不可或缺的部件之一。与大型航天器不同，微纳卫星体积小，重量轻，内部空间有限，无推进系统和变轨功能，其内部亦无剩磁矩补偿系统，要求星上微型动量轮的剩磁矩接近零。飞轮密封系统是微型动量轮的关键部件，主要由密封罩和底座组成，其功能如下：(1)为动量轮转子提供真空环境；(2)为飞轮转子提供一个洁净的工作环境；(3)防止宇宙射线干扰；(4)防止磁性颗粒和导电颗粒进入飞轮内部。动量轮通常采用橡胶圈密封和磁密焊接密封，橡胶圈密封真空保持时间段，橡胶圈易老化漏气，降低动量轮内部真空度。高温熔化焊接密封克服了橡胶圈密封的缺陷，但过高的焊接温度会损坏动量轮内部电子元器件，易导致轮体变形，且不可重复拆卸。中国专利201310517682.9所述的飞轮低温锡焊密封方式克服了高温焊接密封的缺点，利用融化的焊锡填满密封罩与底座本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型动量轮磁性真空密封系统优化方法，其特征在于：该方法以质量最小为优化目标，其具体步骤如下：(1)设定设计变量密封罩厚度d1、密封罩截面半径R、弧高度h、凹凸弧分割比例C、和底座厚度d2、密封环散热距离δd的初始值；(2)利用有限元软件ANSYS建立密封系统三维参数化有限元模型，并保存有限元模型APDL命令流文本文件fem.txt；(3)利用有限元软件ANSYS加载密封系统剩磁矩分析模型，对其进行剩磁矩分析，将APDL命令流保存为文本m.txt，并将计算得到的密封系统质量M和剩磁矩Mr结果保存到文本response_m.txt中；(4)利用有限元软件ANSYS加载密封系统应力分析模型，...

【技术特征摘要】
1.一种微型动量轮磁性真空密封系统优化方法，其特征在于：该方法以质量最小为优化目标，其具体步骤如下：(1)设定设计变量密封罩厚度d1、密封罩截面半径R、弧高度h、凹凸弧分割比例C、和底座厚度d2、密封环散热距离δd的初始值；(2)利用有限元软件ANSYS建立密封系统三维参数化有限元模型，并保存有限元模型APDL命令流文本文件fem.txt；(3)利用有限元软件ANSYS加载密封系统剩磁矩分析模型，对其进行剩磁矩分析，将APDL命令流保存为文本m.txt，并将计算得到的密封系统质量M和剩磁矩Mr结果保存到文本response_m.txt中；(4)利用有限元软件ANSYS加载密封系统应力分析模型，对其进行应力分析，将APDL命令流保存为文本s.txt，并将计算得到的密封系统质量M和最大等效应力σsmax和最大变形δmax结果保存到文本response_s.txt中；(5)利用有限元软件ANSYS加载密封系统模态分析模型，对其进行模态分析，将APDL命令流保存为文本k.txt，并将计算得到的密封系统质量M和一阶自由共振频率f1结果保存到文本response_k.txt中；(6)利用有限元软件ANSYS加载密封系统热分析模型，对其进行热分析，将APDL命令流保存为文本e.txt，并将计算得到的密封系统质量M和最大热应力σemax结果保存到文本response_e.txt中；(7)利用有限元软件ANSYS加载密封系统屈曲分析模型，对其进行屈曲分析，将APDL命令流保存为文本b.txt，并将计算得到的密封系统质量M和稳定性安全系数ni结果保存到文本response_b.txt；(8)将步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)中的所有文本导入优化集成软件中，并设定模型中各设计变量的取值范围，同时设定约束变量剩磁矩Mr、最大等效应力σsmax、最大变形δmax、一阶自由共振频率f1、最大热应力σemax和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，王琪瑞，盛沙，任元，李状，席军，崔刚，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11