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动量轮微振动机理及仿真

马艳红 刘珊珊 王虹 洪杰

马艳红, 刘珊珊, 王虹, 等 . 动量轮微振动机理及仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1273-1282. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608
引用本文: 马艳红, 刘珊珊, 王虹, 等 . 动量轮微振动机理及仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1273-1282. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608
MA Yanhong, LIU Shanshan, WANG Hong, et al. Micro-vibration mechanism and simulation of momentum wheel[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1273-1282. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608(in Chinese)
Citation: MA Yanhong, LIU Shanshan, WANG Hong, et al. Micro-vibration mechanism and simulation of momentum wheel[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1273-1282. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608(in Chinese)

动量轮微振动机理及仿真

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608
基金项目: 

国家自然科学基金 51575022

中央高校基本科研业务费专项资金 YWF-18-BJ-J-44

详细信息
    作者简介:

    马艳红 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空发动机整机动力学、旋转机械振动控制、智能结构与新型阻尼材料等

    洪杰 男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:航空发动机转子动力学、航空发动机整机动力学、智能结构与新型阻尼材料等

    通讯作者:

    洪杰, E-mail: hongjie@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V231.92

Micro-vibration mechanism and simulation of momentum wheel

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51575022

the Fundamental Research Funds for the Central Universities YWF-18-BJ-J-44

More Information
  • 摘要:

    动量轮是卫星等航天器姿态控制和精度保持的关键机械部件,其微振动严重影响卫星姿态稳定度和成像精度。动量轮的非均匀、非连续几何构形和旋转效应会引起结构系统的参数激励和载荷激励。针对具有非均匀力学特征参数的动量轮结构系统动力学模型,通过分析动力学方程中各矩阵参数的扰动,进行动量轮微振动机理的研究。仿真和试验结果表明:动量轮结构系统内部存在基频和高频激励,其中基频主要来自支点动载荷,高频来自轴承碾压作用;轮缘的局部振动会随转速形成前后行波。

     

  • 图 1  动量轮结构系统示意图

    Figure 1.  Structural system schematic diagram of momentum wheel

    图 2  动量轮结构系统动力学模型

    Figure 2.  Structural system dynamic model of momentum wheel

    图 3  轮体结构144°剖视图

    Figure 3.  144° section view of wheel body structure

    图 4  转动惯量计算图

    Figure 4.  Moment of inertia calculation diagram

    图 5  无量纲直径转动惯量J2x分布

    Figure 5.  Dimensionless diameter moment of inertia J2x distribution

    图 6  轮缘径向刚度极坐标系示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of rim radial stiffness in polar coordinate system

    图 7  轮缘无量纲径向刚度Kθ分布

    Figure 7.  Dimensionless radial stiffness Kθ of rim distribution

    图 8  轮体旋转状态变形放大示意图

    Figure 8.  Schematic diagram of amplified deformation of wheel body under rotation

    图 9  轮缘振动示意图

    Figure 9.  Schematic diagram of vibration of rim

    图 10  转动壳体微元素变形

    Figure 10.  Microelement deformation of rotating shell

    图 11  轮缘共振示意图

    Figure 11.  Schematic diagram of resonance of rim

    图 12  J2x区间扰动示意图

    Figure 12.  Schematic diagram of interval disturbance of J2x

    图 13  动量轮整体模态振型示意图

    Figure 13.  Schematic diagram of modal shape of overall momentum wheel

    图 14  支点动载荷示意图

    Figure 14.  Schematic diagram of dynamic load on fulcrum

    图 15  轴承结构示意图

    Figure 15.  Schematic diagram of bearing structure

    图 16  径向载荷作用下滚动体变形

    Figure 16.  Deformation of rolling body under radial load

    图 17  外环与内环载荷传递关系示意图

    Figure 17.  Schematic diagram of load transfer relationship between outer ring and inner ring

    图 18  动量轮结构系统仿真计算模型

    Figure 18.  Simulation calculation model of momentum wheel structural system

    图 19  动量轮结构系统Campbell图

    Figure 19.  Campbell diagram of momentum wheel structural system

    图 20  Kistler测力台设备

    Figure 20.  Kistler dynamometer equipment

    图 21  动量轮结构系统振动响应瀑布图

    Figure 21.  Waterfall diagram of vibration response of momentum wheel structural system

    表  1  轴承特征频率

    Table  1.   Bearing characteristic frequency

    频率种类 表达式
    保持架旋转频率 (1+γ)f/2
    滚动体通过内圈频率 p(1+γ)f/2
    滚动体通过外圈频率 p(1-γ)f/2
    滚动体自转频率 d(1+γ)(1-γ)f/(2D)
    注:γ=Dcos α/d为特征参数。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-23
  • 录用日期:  2019-02-02
  • 网络出版日期:  2019-07-20

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