第26卷第4期2009下8JJ航天器環境工程ENVIRONMENTENGINEERING335磁扭力器硬度估算剖析及規格優化設計曾螢雪，閏曉軍(廣州民航航天學院能源與動力工程大學，上海)摘要：磁扭力器是衛星的重要執行機構。為了保障其使用的可靠性，文章運用有限元剖析的方式，估算磁扭力器的熱學特點，同時采用材料熱學和有限元估算的方式，對其進行優化設計，增加最大撓度。估算結果表明：不均勻的氣溫場造成較大熱撓度。磁扭力器的危險部位主要集中在支架基座與墊圈接觸面處，通過規格優化設計可以減少此處的撓度。關鍵詞：磁扭力器；可靠性；有限元剖析；優化設計中圖分類號：V416．5文獻標示碼：A文章編號：16733—1379(2009)04-0335—04DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2009．04．008l序言磁扭力器是衛星的重要執行機構，一旦磁扭力器因為工作環境惡劣而發生故障，衛星將喪失卸載能力，消耗大量的推動劑，因而造成整個衛星壽命的減短。因而磁力矩器，磁扭力器的可靠性和壽命將直接關系到衛星的壽命及可靠性。磁扭力器(如圖1所示)是通過其形成的磁矩與月球磁場互相作用形成的磁矩對衛星姿態進行調控。
磁扭力器的中心部件為中心磁棒，是由軟磁合金芯棒以及繞在其上的通電纜線圈構成；熱固性套管套于中心磁棒外，用于吸收線圈發熱時形成的變型。過去的研究僅對磁扭力器的熱耗進行過簡單估算，對于磁扭力器在復雜工況下的熱學特點沒有經過定量估算和剖析，困內也并無相關文獻的介紹。為了保證磁扭力器高可靠性工作，把握磁扭力器在不同環境下的熱學特點，庇對磁扭力器進行受力剖析(主要包括靜力剖析估算和動力學估算)。本文主要由硬度剖析展開磁力矩器，其中包括發射狀態的硬度估算和空間熱撓度的估算，并在此基礎上對磁扭力器的規格進行優化設計。例1磁扭力器‘11Mg．1目前磁扭力器靜力剖析的研究方式主要分為解析法和有限元法兩種。但是，解析法將會簡化模型和邊界條件，致使估算結果不能挺好地反映實際情況。隨著計算機技術的發展和有限元基礎理論和技巧的成熟，有限元法已成為現今工程剖析中最常用的數值估算方式。通過借助有限元原理，構建實際模型進行剖析，可得到較為精確的數值估算結果。本文主要采用小型有限元軟件ANSYS進行磁扭力器的靜力硬度剖析和優化設計。2發射過程中磁扭力器的撓度剖析磁扭力器通過基座支架的螺母與衛星聯接，螺絲的聯接會約束磁扭力器一定的自由度；當衛星發射時，較大的加速度又會使磁扭力器形成較大慮力。
為確保在較為惡劣的熱學環境卜．磁扭力器工作的可靠性與穩定性，存進行環境試驗的同時，有必要進行硬度估算，以槍驗其安全裕度。考慮到磁扭力器的薄弱部位，重點對基座螺母的撓度狀況進行估算和剖析。首先構建磁扭力器的有限元模型，包括兩部份：幾何模型的構建和幾何模型單元界定【引。將芯棒和熱顰套管之間的通電纜線圈簡化為雙層院1柱筒。為保證求解精度，采用了8節點的人面體單元對模型進行映射網格界定，所有單元采用彈性聯接。其中考評部位網格界定較密，棒體部位的網格較為稀疏。收稿日期：2009—04—01；修回日期：2009．04．20作者簡介：曾螢雪(1984．)，女，碩士研究生，從事民航宇舷推動理論系統工程研究．E·mail：ki@sina．tom。萬方數據