【摘要】：在軌航天器容易受到空間多種擾動(dòng)力的影響,對(duì)其提出了高精度姿態(tài)調(diào)整的需求。而電動(dòng)式磁懸浮動(dòng)量球依靠定子和動(dòng)量球之間的感應(yīng)渦流實(shí)現(xiàn)動(dòng)量球的懸浮和驅(qū)動(dòng),可以滿足這種需求。但是,由于渦流場(chǎng)的作用,動(dòng)量球上將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量必將影響動(dòng)量球的穩(wěn)定性和定位精度。為保證動(dòng)量球能夠穩(wěn)定安全地運(yùn)行,必須要求動(dòng)量球的溫升控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。而現(xiàn)在相關(guān)學(xué)者僅開(kāi)展了關(guān)于磁懸浮動(dòng)量球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),磁場(chǎng)計(jì)算及簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究工作,并沒(méi)有涉及熱控制內(nèi)容。因此磁懸浮動(dòng)量球的散熱問(wèn)題成了在軌航天器進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵性難題。為了滿足動(dòng)量球的散熱要求,本文依據(jù)熱量傳遞的基本原則設(shè)計(jì)出三種散熱器的結(jié)構(gòu)模型,包括上偏心,同心,下偏心。利用前處理軟件ICEM及有限元仿真軟件FLUENT對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行網(wǎng)格劃分、計(jì)算,分析、對(duì)比得出上偏心的散熱器結(jié)構(gòu)模型具有較好的散熱性能,并從理論上解釋了散熱器結(jié)構(gòu)模型的改變,使得流體在動(dòng)量球表面產(chǎn)生了不同的剪切力,造成了溫度邊界層的改變,從而產(chǎn)生了不同的散熱效果。同時(shí),為了避免較小的空氣間隙產(chǎn)生較大的阻力,在三種散熱器模型下對(duì)空氣間隙的壓降進(jìn)行了分析。接下來(lái),在上偏心的散熱器結(jié)構(gòu)模型下,進(jìn)行了多種轉(zhuǎn)速的仿真,對(duì)比分析了不同轉(zhuǎn)速下的散熱效果,從理論的角度解釋了轉(zhuǎn)速越高,流體對(duì)動(dòng)量球表面的剪切力越大,其溫度邊界層厚度越薄,散熱效果越明顯。同樣對(duì)空氣間隙進(jìn)行了壓降分析,綜合散熱效果和壓降給出了20000rpm的優(yōu)化轉(zhuǎn)速。最后,以動(dòng)量球表面的最高溫度和空氣間隙的壓降為優(yōu)化目標(biāo),采用遺傳算法對(duì)散熱器的曲率和偏心距進(jìn)行優(yōu)化,給出優(yōu)化后的散熱器結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V448.2
【圖文】：

在軌航天器

球形感應(yīng)電機(jī)

永磁式球形結(jié)構(gòu)電機(jī)

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