【摘要】：長壽命、高可靠性的衛(wèi)星平臺是我國日益增長的戰(zhàn)略需求,動量輪作為空間飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵組件,因其長時間處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),內(nèi)部軸承組件潤滑油供給不足,產(chǎn)生了摩擦力矩加大,磨損加劇的現(xiàn)象,導(dǎo)致軸承未達(dá)預(yù)定壽命便失效。因此實(shí)現(xiàn)低速工況下潤滑油的持續(xù)供給是保證動量輪長壽命的關(guān)鍵措施。本文從潤滑介質(zhì)的流動行為出發(fā),研究了潤滑介質(zhì)在軸承材料表面的導(dǎo)流行為,利用多物理場仿真軟件COMSOL分析了潤滑油在多孔聚酰亞胺保持架和儲油器中的滲流行為,闡明了潤滑介質(zhì)在織構(gòu)化表面的潤濕性能、輸送機(jī)理及影響滲流擴(kuò)散的因素,為解決低速工況下動量輪組件中潤滑油的持續(xù)供給問題提供了理論基礎(chǔ)。通過紫外激光加工技術(shù)織構(gòu)化聚二甲基硅氧烷表面,設(shè)計(jì)了光柵(條紋)、柵格(網(wǎng)格)和蜂窩狀(六邊形)織構(gòu),研究激光器加工參數(shù)和織構(gòu)寬度、深度、分布密度(加工間隔)對表面潤濕性的影響。并通過掃描隧道電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、傅里葉紅外光譜、X射線衍射儀對織構(gòu)化表面進(jìn)行了物化分析。結(jié)果表明柵格結(jié)構(gòu),加工間隔(30μm~100μm)越小、加工頻率越高的表面疏水性越好,表面疏水性最差的為蜂窩結(jié)構(gòu),但加工功率過大(大于60W)會導(dǎo)致表面生成親水的Si C晶體;織構(gòu)化表面較加工前更親油,潤滑油在織構(gòu)化表面迅速浸潤并鋪展,且浸潤速度和鋪展面積與潤滑油的種類有關(guān)。為得到具有導(dǎo)向作用的表面結(jié)構(gòu),仿照生物表面的梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并制備了聚二甲基硅氧烷潤濕梯度表面,通過監(jiān)測水和潤滑油在表面的流動速度及鋪展方向,發(fā)現(xiàn)定向驅(qū)動效果最好的結(jié)構(gòu)為仿蜘蛛網(wǎng)織構(gòu);并對仿蜘蛛網(wǎng)織構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了正交化設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)油在加工間隔越小、夾角越小的納秒激光加工的試件表面鋪展性最好;加工工藝方面,納秒織構(gòu)化的表面導(dǎo)向性優(yōu)于皮秒激光織構(gòu)化表面。為研究保持架和儲油器用多孔聚酰亞胺儲油材料的滲流行為,研究了多孔聚酰亞胺塊體材料表面及內(nèi)部的潤濕性能,通過掃描電鏡對表面形貌進(jìn)行了觀測,通過Image Pro Plus軟件對表面孔隙率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(孔隙率為30%~45%),分別采用納米CT和聚焦離子束掃描電子顯微鏡對多孔聚酰亞胺材料進(jìn)行了三維立體斷層掃描和分析,為多孔材料滲流行為研究提供了基礎(chǔ)支撐。利用COMSOL多孔介質(zhì)分析模型開展了二維結(jié)構(gòu)的潤滑油滲流仿真,探討了離心力和溫度作用下潤滑油在多孔材料的滲流行為。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.2
【圖文】：

本課題源于國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目/航天先進(jìn)制造技術(shù)研究聯(lián)合基金�？臻g長壽命軸承的潤滑行為及摩擦力矩穩(wěn)定性研究 ξ編號：U1637206ο 近年來，衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展更促進(jìn)中國在國際社會的地位不斷提高 擁有較長壽命 可靠服役 控制準(zhǔn)確 快速調(diào)整等特性是空間飛行器的重要目標(biāo)[1],[2] 動量飛輪作為空間執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的重要組件，以其較高的控制精度和僅耗電的優(yōu)勢，被廣泛用于衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，其壽命 可靠性和控制精度至關(guān)重要 國際上動量飛輪研制已有成熟產(chǎn)品系列，可供不同型號及精度的衛(wèi)星選用，且壽命相對較長 美國的 Bendix 德國的 ROCKWELLCOLLINS 等生產(chǎn)的動量飛輪角動量覆蓋范圍大，產(chǎn)品在軌工作壽命均達(dá) 10 年以上 國內(nèi)主要是航天 803 和 502所研制動量飛輪，已逐步形成型譜化產(chǎn)品，目前已服役于以風(fēng)云系列為代表的氣象 海洋 環(huán)境監(jiān)測及多個軍用衛(wèi)星系列ξ如圖 1-1ο，但受限于空間條件下軸承組件的潤滑技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)壽命難以滿足衛(wèi)星長壽命需求 而在軌服役超過 5 年的飛輪產(chǎn)品也陸續(xù)暴露出工作電流增大 轉(zhuǎn)速響應(yīng)異常和卡滯等問題，均被定位于軸承組件潤滑狀態(tài)劣化后的摩擦性能下降 摩擦力矩不穩(wěn)定等問題，動量輪的潤滑問題已成為制約衛(wèi)星平臺技術(shù)提升的關(guān)鍵因素

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位件的潤滑屬于后者[9]，附加供油箱在熱膨脹作用下對于偏置動量輪，由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得潤滑狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性流體動壓潤滑區(qū)(EHL 或 EHD)的值對于反作用飛輪來說，其工作狀態(tài)長期在低速范圍潤滑和彈性流體動壓潤滑區(qū)，摩擦主要是由于動壓直接接觸摩擦 液體潤滑中摩擦系數(shù)隨 λ 值的變化

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2723494