题目：大力矩磁悬浮飞轮转子结构设计与研究

高分辨率对地观测是国家中长期发展规划的重大专项之一，高精度、长寿命的大力矩磁悬浮飞轮能满足高分辨率对地观测的迫切需求。磁悬浮飞轮是空间飞行器的理想执行机构，为集机械、电子、电磁、自动控制等学科于一体的复杂航天产品，转子组件作为微框架磁悬浮飞轮的核心部件，主要用于输出转动惯量与航天器进行动量交换，其质量、静力学和动力学性能对飞轮系统具有重要意义，因此对转子组件进行优化设计。本文主要进行了以下几个方面的研究： 1) 比较了现有大力矩磁悬浮飞轮系统结构及其偏转工作方式，理论研究了现有磁悬浮飞轮转子结构特点；2) 分析了大力矩磁悬浮飞轮系统结构设计要求及系统结构特性，研究锥形磁轴承和洛伦兹力磁轴承对转子的悬浮作用，结合微框架效应的形成原理及控制方法，对转子设计提出了转动惯量、结构尺寸、质量等方面的要求；3) 基于飞轮转子的结构特性及系统对转子的性能要求，对转子组件在工作状态和锁紧状态下进行了力学分析，并根据材料和连接特点进行了数值计算，得到力学计算结果，并对转子组件频率响应特性进行了理论分析；4) 应用有限元分析理论对转子组件系统进行了静力学和模态分析，根据正弦振动和随机振动载荷特点对转子组件进行了正弦振动和随机振动分析，并对转子组件进行了正弦振动和随机振动进行了有限元分析，仿真分析验证了理论分析结果；5）以转子组件及轮缘的薄弱尺寸为优化变量，采用稳定性较高的序列二次规划算法(NLPQL)，以静力学及动力学约束为约束函数，以质量为优化目标分别对飞轮转子组件及轮缘进行了优化设计，并通过仿真分析验证转子系统相关零部件优化设计的有效性。本课题的研究提高了飞轮的设计效率和设计质量，对后续研究奠定了理论基础。