磁力矩器结构尺寸对其关键部位应力影响.pdf

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1、v01．3l，No．1航天器环境工程第3l卷第1期92sPACEcRAFTENvIRONMENTENGINEERING2014年2月h却：／^^n^n^，．bisee．ac．cnE—mail：htqhjgc@126．comTel：(010)68116407，68ll“08，68116544磁力矩器结构尺寸对其关键部位应力影响叶伟1，张锴1，曹剑2(1．北京航空航天大学，北京10019l；2．北京控制工程研究所，北京lool90)摘要：在传统的磁力矩器设计过程中，仅对其支架位置进行了简化设计，未进行严格的解析及数值模拟计算，且未考虑磁力矩器支架的

2、几何参数对其应力水平的影响。针对此问题，文章分别从解析计算和有限元数值模拟两个方面着手，研究了磁力矩器的支架位置以及支架几何参数对其应力水平的影响，给出了磁力矩器的应力水平关于不同几何参数的变化趋势。在这些几何参数中，螺栓直径对于改善应力分布的作用最为明显，因此当应力不满足要求时可以通过增大螺栓直径快速地降低整个磁力矩器的应力水平。关键词：磁力矩器；应力计算；有限元数值模拟；优化设计中图分类号：v415．1文献标志码：A文章编号：1673—1379(2们4)0卜0092—05DoI：10．3969，j．ism．1673-1379．2014．01

3、．018TheinlpactofthestructuresizeOfmagnetorqueronthestressesinkeypartsYeWd，Zh锄gKail，CaoJiaIl2(1．Beih距guniVers咄Beijing100191，China；2．BeijingInstituteofcon仃olEngine甜ng，Beijingl00190，china)Abstract：The仃aditionaldesignofmemagnetorqueronlyconcemsthesimplifiedholdposition，without柚a

4、lytical0rn啪嘶calcalculation，锄dtheinnuenceofthegeometricparameters0nthes仃essleVelinthema印etorquerisnotconsidered．TbsolVetlleprobl锄，tIlispaperstudiestheinnuenceofthehoIdposition锄dgeom州cparametersonthes仃essleveIinthemagnetorquer觚darelationshipbetweenmemisobtainedby柚alyticalaIldn

5、umericalmethods．111ee腩ctofmeboltdi姗eterontheStressdistributionissigllificallt．Whcntlledesi印S打essdoesnotmeettherequirements，tllestressleVelcanbercducedbyincreasingthedi锄eterofthebolt．Keywords：magIletorquer；stresscalculation；n啪ericalsimulationof矗niteelement；0ptimaldesignO引言作为卫

6、星的重要执行机构，磁力矩器产生磁场并与地球磁场相互作用而产生力矩，以用于卫星动量轮系统的卸载【1】。若磁力矩器发生故障，则卫星只能采用喷气卸载，将消耗大量的推进剂，导致卫星寿命的缩短【2】。磁力矩器的内部应力对其性能有影响，而结构尺寸对其关键部位应力控制有影响。为了保证磁力矩器高可靠的工作，在设计阶段需要对其进行优化设计，以期在同样的技术指标要求下应力最小。在传统的磁力矩器设计过程中，仅根据经验公式对磁力矩器的支架位置进行了优化设计，并未进行过严格的有限元数值模拟计算。收稿日期：2013．09．30；修回日期：2013．12．26本文从解析计算

7、及有限元数值模拟两个方面着手，研究磁力矩器的支架位置以及支架结构尺寸对其应力水平的影响，给出磁力矩器的应力水平相对于结构尺寸的变化趋势，从而为磁力矩器的进一步优化设计提供参考。1解析计算典型的磁力矩器结构如图1所示，主要由工作执行和固定安装两部分组成。工作执行部分的作用是产生磁场，形成力矩；固定安装部分的作用是将工作执行部分固定在卫星上，包括两个金属支架和固定螺栓【3】。为了便于计算分析，将模型坐标系定义为：x轴与棒体端面及安装面平行，y轴与安装面垂直，z轴与棒体轴线方向平行(见图1)。第l期叶伟等：磁力矩器结构尺寸对其关键部位应力影响93矧1

8、典，钽的磁力鲥，器Fig．1Typicalmagnetorquer考虑到磁力矩器在发射及工作过程中受到的载荷主要以惯性加速度为主，且不同方向的加速度载