空间实验室载荷级主动隔振系统激励器的设计研究

空间实验室载荷级主动隔振系统激励器的设计研究

论文摘要

为了满足空间科学实验对微重力环境,特别是低频段振动的特殊要求,需要给实验载荷增加主动隔振系统;激励器是主动隔振系统实现特定微重力环境的关键部件。国外对于载荷级主动隔振系统方面的研究主要有MIM系列、g-LIMIT等,并经过飞行试验或实际应用证明能很好的满足设计要求。目前国内空间科学实验主动隔振系统的研制处于空白阶段。作为空间实验室载荷级主动隔振系统研制工作中的一部分,本文以空间实验室载荷级主动隔振系统工程为背景,根据空间应用特点和总体任务需要,结合仿真和试验,较为系统地研究了空间实验室载荷级主动隔振系统激励器。首先由主动隔振系统总体要求,经过相关计算确定激励器的指标要求;再从磁悬浮基本原理出发设计出多种结构形式,总结出各形式的优缺点,以激励器指标作为依据得到综合性能较优的结构形式;接着对确定的结构形式进行磁路设计、验证磁路设计的有限元仿真和激励器线圈参数设计,并以计算和仿真结果为依据进行逐步的改进设计,得到满足激励器指标的较优设计结果;然后对设计结果进行性能仿真,得到激励器不同相对位置下不同通电电流时关键指标的变化趋势;最后设计标定试验系统,对激励器产品的性能指标进行测试验证,得到标定试验结果,并对试验结果进行分析,由此来验证设计指标、校核仿真模型。试验结果表明:激励器行程±10mm,质量494g,推力3N时线圈通电电流1.7A、电流密度6.42 A/mm2、功耗30W左右,3dB带宽180Hz左右。试验结果基本达到主动隔振系统的设计要求,为我国载人航天二期工程奠定了坚实基础。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 隔振系统的研究
  • 1.2.2 激励器的研究
  • 1.3 研究目标与对象
  • 1.3.1 本文研究目标
  • 1.3.2 研究内容和方法
  • 第二章 激励器指标
  • 2.1 行程
  • 2.2 最大推力
  • 2.2.1 减振模式
  • 2.2.2 激振模式
  • 2.3 电流密度
  • 2.4 电流变化频率(3dB 带宽)
  • 2.5 热耗和功耗
  • 2.6 质量和外包络
  • 2.7 本章小结
  • 第三章 激励器结构形式
  • 3.1 基本原理
  • 3.2 支架式结构
  • 3.3 筒式结构
  • 3.4 激励器各形式的比较
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 激励器设计
  • 4.1 一般磁路特性
  • 4.2 磁路设计
  • 4.3 有限元仿真
  • 4.4 线圈设计
  • 4.5 改进设计
  • 4.5.1 改进设计一:缩小磁轭与线毂间距
  • 4.5.2 改进设计二:改变永磁体形状
  • 4.5.3 改进设计三:改变线毂结构
  • 4.5.4 改进设计四:改变永磁体材料
  • 4.5.5 改进设计五:改变线圈宽度
  • 4.6 激励器绕线
  • 4.7 激励器最终设计
  • 4.8 本章小结
  • 第五章 激励器性能仿真
  • 5.1 线圈位置不变,电流变化
  • 5.2 电流不变,线圈位置变化
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 激励器标定试验
  • 6.1 基本测定
  • 6.2 推力的测定
  • 6.3 时间常数的测定
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 论文总结
  • 7.2 工作展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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