专利名称:一种飞轮密封罩的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种飞轮密封罩，是航天器姿态执行机构飞轮中壳体的重要组成部分，以自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生失效。所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边缘平滑过渡。本实用新型的特点是利用指数函数二次曲线及参数归一化模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线，解决了密封罩设计过程繁杂问题，设计过程简单、方便、实现性强。
【专利说明】-种飞轮密封罩
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种飞轮密封罩，特别是一种用于航天器的易于设计加工的轻质 飞轮密封罩结构。
【背景技术】
[0002] 飞轮是H轴姿态稳定卫星平台最常用的执行机构，利用动量交换原理，通过改变 角动量大小来产生控制力矩，使得星体姿态连续变化。飞轮结构一般必须包含：壳体、轴承、 转子、电机和线路。其中壳体是其它所有组件的安装基体，也是该些组件的封装件。壳体由 基座、支承轴和密封罩组成。壳体W自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生 失效，其中对实现上述功能起关键性作用的是密封罩的外形及厚度等参数，该些参数还直 接影响飞轮总质量。
[0003] 洛轴所姜维等人（姜维，肉乐宁.动量轮壳体的设计与分析[J].轴 承，2004,（12) ;4-5, 36)分析了壳体的构成，通过分析选用折边浅碟形密封罩，并对飞轮 密封罩进行了应力分析，给出了规定压力条件下密封罩最小允许厚度的计算式。赵丽滨等 (赵丽滨，赵友选，张建宇，等.反作用轮密封罩结构的稳定性研究[J].航天器系统工 程，2006, 23化）=344-346 ;赵丽滨，龙丽平，张建宇，等.反作用轮密封罩结构抗屈曲设计 计算及试验[J].北京航空航天大学学报，2008, 34(12) =1464-1468)基于两段圆弧组成母 线的壳面形态，研究了飞轮密封罩结构的稳定性能，得出了采用特征值屈曲分析方法检验 结构的稳定性能较为安全的结论，为密封罩设计提供了理论依据。李红等（李红，叶全红， 韩邦成，等.磁息浮反作用飞轮密封罩结构的优化设计[J].光学精密工程，2007, 15(10): 1571-1576)在上述文献基础上，充分考虑了表征密封罩外形的两个关键参数的相关性，进 行了变结构参数的优化设计。
[0004] 在目前卫星对星上部件质量轻、交付周期短等需求的大背景下，当前密封罩偏重 且较难设计加工W至成为研制生产短板之一。从文献来看，现有设计方法虽可设计出结构 方案但设计过程较复杂。因此，在保证强度及稳定性的前提下，简化设计流程并加工生产出 轻质密封罩具有重要意义。 实用新型内容
[0005] 本实用新型解决的技术问题是；克服现有技术的不足，提供了一种飞轮密封罩，解 决了飞轮的密封罩结构设计加工难及重量优化问题。
[0006] 本实用新型的技术方案是；一种飞轮密封罩，所述密封罩为无底的圆柱形金属薄 壳结构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中也位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边 缘平滑过渡。
[0007] 所述凸起到薄壳四周边缘= e一的曲线方程平滑过渡；其中A为常 数。
[000引所述曲线方程中X = DA ;其中D为密封罩圆柱形薄壳结构的半径，h为中也凸起 到薄壳的上端面的高度。
[0009] 薄壳四周边缘W圆角R平滑过渡，且圆柱形金属薄壳的壁厚为0. 7mm，且A为0. 3 ; 所述D = 75mm，H = 15mm，R = 5mm，h = 10mm，其中H为圆柱形金属薄壳的高度。
[0010] 本实用新型与现有技术相比的优点在于：
[0011] (1)从现有文献来看，现有飞轮密封罩设计大多考虑两段圆弧组成形式，虽可设计 出结构方案但设计过程较复杂。本实用新型的特点是利用指数函数二次曲线及参数归一化 模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线，解决了密封罩设计过程繁杂问题，设计过程 简单、方便、实现性强；
[0012] (2)二次曲线构型下特征尺寸易于编程，有利于数控加工，从而有利于缩短产品加 工周期，适合批量化生产；
[0013] (3)应用有限元分析技术对飞轮密封罩进行优化设计，得出质量最轻结构形式，实 现了飞轮密封罩的轻量化。本实用新型轻质飞轮密封罩结构使用范围广，易于设计加工，仅 需简单适应性修改即可广泛应用于各种飞轮、控制力矩巧螺或其它产品密封罩等类似薄壳 结构。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型飞轮密封罩结构H维模型图；
[0015] 图2为本实用新型飞轮密封罩结构外形母线参数化模型图；
[0016] 图3为本实用新型飞轮密封罩结构外形母线参数归一化模型图。
【具体实施方式】
[0017] 飞轮是航天器的主要执行机构，通过其转速变化输出的力矩来保持航天器的姿态 稳定或实现航天器的姿态控制。飞轮结构一般必须包含：壳体、轴承、转子、电机和线路。其 中壳体是其它所有组件的安装基体，也是该些组件的封装件。壳体由基座、支承轴和密封罩 组成。壳体W自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生失效，其中对实现上述 功能起关键性作用的是密封罩的外形及厚度等参数，该些参数还直接影响飞轮总质量。在 目前卫星对星上部件质量轻、交付周期短等需求的大背景下，当前密封罩偏重且较难设计 加工W至成为研制生产短板之一。本实用新型即解决了飞轮的密封罩结构设计加工难及重 量优化问题。密封罩结构H维模型图如图1所示。
[0018] 根据密封罩结构形态变化是影响其强度和稳定性的关键因素问题，利用指数函数 二次曲线及参数归一化模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线。所述二次曲线为指 数曲线中的一种特殊曲线--分布曲线，其公式为：
[0019]
【权利要求】
1. 一种飞轮密封罩，其特征在于：所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结构，薄壳四 周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边缘平滑过渡。2. 根据权利要求1所述的一种飞轮密封罩，其特征在于：所述凸起到薄壳四周边缘以 y 的曲线方程平滑过渡；其中A为常数。3. 根据权利要求2所述的一种飞轮密封罩，其特征在于：所述曲线方程中X = D/h ;其 中D为密封罩圆柱形薄壳结构的半径，h为中心凸起到薄壳的上端面的高度。4. 根据权利要求3所述的一种飞轮密封罩，其特征在于：薄壳四周边缘以圆角R平滑 过渡，且圆柱形金属薄壳的壁厚为〇· 7謹,且A为0· 3 ;所述D = 75謹，H = 15謹，R = 5謹， h = IOmm,其中H为圆柱形金属薄壳的高度。
【文档编号】G06F17-50GK204284305SQ201420676117
【发明者】齐明, 张绍卫, 武登云, 杨屹, 刘景辉, 张鹏波, 冯洪伟 [申请人]北京控制工程研究所