磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计方案.PDF

第 26 卷第 4 期 航 天 器 环 境 工 程 2009 年 8 月 SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING 335 磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计 磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计 曾萤雪，闫晓军 （北京航空航天大学 能源与动力工程学院，北京 100191 ） 摘要：磁力矩器是卫星的重要执行机构。为了保障其使用的可靠性，文章运用有限元分析的方法，计算磁 力矩器的力学特性，同时采用材料力学和有限元计算的方法，对其进行优化设计，降低最大应力。计算结果表 明：不均匀的温度场导致较大热应力。磁力矩器的危险部位主要集中在支架底座与螺栓接触面处，通过尺寸优 化设计可以减小此处的应力。 关键词：磁力矩器；可靠性；有限元分析；优化设计 中图分类号：V416.5 文献标识码：A 文章编号：16733-1379(2009)04-0335-04 DOI：10.3969/j.issn2009.04.008 1 引言引言 引言引言 目前磁力矩器静力分析的研究方法主要分为 解析法和有限元法两种。然而，解析法将会简化模 磁力矩器是卫星的重要执行机构，一旦磁力矩 器由于工作环境恶劣而发生故障，卫星将失去卸载 型和边界条件，使得计算结果不能很好地反映实际 能力，消耗大量的推进剂，从而导致整个卫星寿命 情况。随着计算机技术的发展和有限元基础理论和 的缩短。因此，磁力矩器的可靠性和寿命将直接关 方法的成熟，有限元法已成为当今工程分析中最常 系到卫星的寿命及可靠性。 用的数值计算方法。通过利用有限元原理，建立实 磁力矩器 （如图1 所示）是通过其产生的磁矩 际模型进行分析，可得到较为精确的数值计算结 与地球磁场相互作用产生的磁矩对卫星姿态进行 果。本文主要采用大型有限元软件 ANSYS 进行磁 调控。磁力矩器的中心部件为中心磁棒，是由软磁 力矩器的静力强度分析和优化设计。 合金芯棒以及绕在其上的通电线圈构成；热塑套管 2 发射过程中发射过程中磁力矩器磁力矩器的应力分析的应力分析 发射过程中发射过程中磁力矩器磁力矩器的的应力分析应力分析 套于中心磁棒外，用于吸收线圈发热时产生的变 形。过去的研究仅对磁力矩器的热耗进行过简单计 磁力矩器通过底座支架的螺栓与卫星连接，螺 算，对于磁力矩器在复杂工况下的力学特性没有经 栓的连接会约束磁力矩器一定的自由度；当卫星发 过定量计算和分析，国内也并无相关文献的介绍。 射时，较大的加速度又会使磁力矩器产生较大应 为了保证磁力矩器高可靠性工作，掌握磁力矩器在 力。为确保在较为恶劣的力学环境下磁力矩器工作 不同环境下的力学特性，应对磁力矩器进行受力分 的可靠性与稳定