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磁悬浮自由摇滚系统的研究

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机械设计与制造
１０２
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ
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Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第４期２０１４年４月
磁悬浮自由摇滚系统的研究
刘强１，曹建树１，房建成２，，
（１．北京石油化工学院机械工程学院，北京１０２６１７；２．“喷性技术”重点实验室，北京１００１９１；
３．“新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室，北京１００１９１）
摘要：针对传统机械轴承、液浮轴承和气浮轴承支承的自由摇滚系统的缺陷，提出了一种磁悬浮自由摇滚系统，介绍了其总体结构和工作原理，并对磁轴承和电涡流位移传感器进行了设计。基于模态分析理论，对自由摇滚系统定、转子共振频率和振型进行分析。在此基础上，利用有限元法对自由状态下和电磁力约束下的定、转子部件进行了模态计算和分析。结果表明，约束状态下定、转子一阶共振频率分别为３２３Ｈｚ和４０１Ｈｚ，两者相差７８Ｈｚ，避免了系统同时出现共振．从而为控制系统的研究奠定了基础。
关键词：自由摇滚系统；磁轴承；有限元；柔性转子；模态分析；仿真中图分类号：ＴＨｌ６；Ｖ２１１．７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—３９９７（２０１４）０４一０１０２—０３
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１引言
当今对飞机在空中飞行的研究，主要是针对飞机在空中的各种飞行状况，例如机体空中翻转，机翼颤振、机翼摇滚、飞机的大迎角起飞与降落、飞机亚音速、音速、超音速、远超音速飞行旧。为便于飞机研制，缩短研发周期，通常将同比例缩小的飞机模型安装在自由摇滚系统前端，并将其放置于风洞中进行性能测试与研究刚。现有的自由摇滚系统，其转子一般采用机械轴承、液浮轴承围和气浮轴承同支承，由于机械轴承存在摩擦，所以转子在运动过程中不是完全的自由运动，而是受到机械轴承一定的约束，从而影响试验结果的精度和可信度。液浮轴承与气浮轴承其结构相对复杂，不便维护，且制造成本和维护费用很高。克服现有机械轴
在轴向转动和平动中的干扰，更好地模拟飞机在空中飞行，为风洞试验提供了一个模拟飞机在空中真实飞行的工况。由于只有空气浮力和阻力的环境，使飞机模型相对空气可以自由地飞行、振动、翻滚、涡动等，提高了风洞试验精度和可信度。
２磁悬浮自由摇滚系统
２．１总体方案
综合现有自由摇滚方案圈的优点，提出了一种磁悬浮支承的自由摇滚系统，其结构，如图１所示。为便于风洞实验中机体模型模拟各种飞行工况，其细长柔性转子主轴一般都采用较柔软的铜合金材料，选择Ｆ１４ｌ铜合金（弹性模量（８８．２—９７）ＧＰａ）。通常较长柔性转子需要多个径向磁轴承，实现整个转子系统的稳定悬浮。如图ｌ所示，考虑到自由摇滚系统结构的紧凑性和可靠性，尽量减少磁轴承个数，采用了三个径向磁轴承和一个轴向磁轴承。由于径向磁轴承较长，其两端都放置径向位移传感器，采用差动法
承、液浮轴承和气浮轴承的支承缺陷，将磁悬浮技术口啦用于自
由摇滚系统中，设计了一种完全非接触的磁悬浮自由摇滚系统，使机体模型的转子系统完全悬浮于定子系统中。消除了机械轴承
来稿日期：２０１３—０９—１ｌ
基金项目：国家杰出青年科学基金（６０８２５３０５）
作者简介：刘强，（１９８３一），男，江西九江人，博士，讲师，主要研究方向：磁悬浮技术与应用
万方数据

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/ad2622fa03d276a20029bd64783e0912a2167cc1.html