第26卷第4期2009下8JJ航天器环境工程ENVIRONMENTENGINEERING335磁扭力器硬度估算剖析及规格优化设计曾萤雪，闰晓军(广州民航航天学院能源与动力工程大学，上海)摘要：磁扭力器是卫星的重要执行机构。为了保障其使用的可靠性，文章运用有限元剖析的方式，估算磁扭力器的热学特点，同时采用材料热学和有限元估算的方式，对其进行优化设计，增加最大挠度。估算结果表明：不均匀的气温场造成较大热挠度。磁扭力器的危险部位主要集中在支架基座与垫圈接触面处，通过规格优化设计可以减少此处的挠度。关键词：磁扭力器；可靠性；有限元剖析；优化设计中图分类号：V416．5文献标示码：A文章编号：16733—1379(2009)04-0335—04DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2009．04．008l序言磁扭力器是卫星的重要执行机构，一旦磁扭力器因为工作环境恶劣而发生故障，卫星将丧失卸载能力，消耗大量的推动剂，因而造成整个卫星寿命的减短。因而磁力矩器，磁扭力器的可靠性和寿命将直接关系到卫星的寿命及可靠性。磁扭力器(如图1所示)是通过其形成的磁矩与月球磁场互相作用形成的磁矩对卫星姿态进行调控。
磁扭力器的中心部件为中心磁棒，是由软磁合金芯棒以及绕在其上的通电缆线圈构成；热固性套管套于中心磁棒外，用于吸收线圈发热时形成的变型。过去的研究仅对磁扭力器的热耗进行过简单估算，对于磁扭力器在复杂工况下的热学特点没有经过定量估算和剖析，困内也并无相关文献的介绍。为了保证磁扭力器高可靠性工作，把握磁扭力器在不同环境下的热学特点，庇对磁扭力器进行受力剖析(主要包括静力剖析估算和动力学估算)。本文主要由硬度剖析展开磁力矩器，其中包括发射状态的硬度估算和空间热挠度的估算，并在此基础上对磁扭力器的规格进行优化设计。例1磁扭力器‘11Mg．1目前磁扭力器静力剖析的研究方式主要分为解析法和有限元法两种。但是，解析法将会简化模型和边界条件，致使估算结果不能挺好地反映实际情况。随着计算机技术的发展和有限元基础理论和技巧的成熟，有限元法已成为现今工程剖析中最常用的数值估算方式。通过借助有限元原理，构建实际模型进行剖析，可得到较为精确的数值估算结果。本文主要采用小型有限元软件ANSYS进行磁扭力器的静力硬度剖析和优化设计。2发射过程中磁扭力器的挠度剖析磁扭力器通过基座支架的螺母与卫星联接，螺丝的联接会约束磁扭力器一定的自由度；当卫星发射时，较大的加速度又会使磁扭力器形成较大虑力。
为确保在较为恶劣的热学环境卜．磁扭力器工作的可靠性与稳定性，存进行环境试验的同时，有必要进行硬度估算，以枪验其安全裕度。考虑到磁扭力器的薄弱部位，重点对基座螺母的挠度状况进行估算和剖析。首先构建磁扭力器的有限元模型，包括两部份：几何模型的构建和几何模型单元界定【引。将芯棒和热颦套管之间的通电缆线圈简化为双层院1柱筒。为保证求解精度，采用了8节点的人面体单元对模型进行映射网格界定，所有单元采用弹性联接。其中考评部位网格界定较密，棒体部位的网格较为稀疏。收稿日期：2009—04—01；修回日期：2009．04．20作者简介：曾萤雪(1984．)，女，硕士研究生，从事民航宇舷推动理论系统工程研究．E·mail：ki@sina．tom。万方数据