發(fā)布時間：2020-06-21 04:13

【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)行機構的關鍵組件,因其長時間處于低速運轉狀態(tài),內部軸承組件潤滑油供給不足,產生了摩擦力矩加大,磨損加劇的現象,導致軸承未達預定壽命便失效。因此實現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鍵措施。本文從潤滑介質的流動行為出發(fā),研究了潤滑介質在軸承材料表面的導流行為,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,闡明了潤滑介質在織構化表面的潤濕性能、輸送機理及影響滲流擴散的因素,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。通過紫外激光加工技術織構化聚二甲基硅氧烷表面,設計了光柵(條紋)、柵格(網格)和蜂窩狀(六邊形)織構,研究激光器加工參數和織構寬度、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射線衍射儀對織構化表面進行了物化分析。結果表明柵格結構,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構,但加工功率過大(大于60W)會導致表面生成親水的Si C晶體;織構化表面較加工前更親油,潤滑油在織構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。為得到具有導向作用的表面結構,仿照生物表面的梯度結構設計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)現定向驅動效果最好的結構為仿蜘蛛網織構;并對仿蜘蛛網織構參數進行了正交化設計,發(fā)現油在加工間隔越小、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,納秒織構化的表面導向性優(yōu)于皮秒激光織構化表面。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部的潤濕性能,通過掃描電鏡對表面形貌進行了觀測,通過Image Pro Plus軟件對表面孔隙率進行了統(tǒng)計分析(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支撐。利用COMSOL多孔介質分析模型開展了二維結構的潤滑油滲流仿真,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。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.2
【圖文】：

本課題源于國家自然科學基金重點支持項目/航天先進制造技術研究聯(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)星技術的快速發(fā)展更促進中國在國際社會的地位不斷提高 擁有較長壽命 可靠服役 控制準確 快速調整等特性是空間飛行器的重要目標[1],[2] 動量飛輪作為空間執(zhí)行機構中的重要組件，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)控制領域，其壽命 可靠性和控制精度至關重要 國際上動量飛輪研制已有成熟產品系列，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 等生產的動量飛輪角動量覆蓋范圍大，產品在軌工作壽命均達 10 年以上 國內主要是航天 803 和 502所研制動量飛輪，已逐步形成型譜化產品，目前已服役于以風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瓶頸，設計壽命難以滿足衛(wèi)星長壽命需求 而在軌服役超過 5 年的飛輪產品也陸續(xù)暴露出工作電流增大 轉速響應異常和卡滯等問題，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)星平臺技術提升的關鍵因素

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學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，由于高速運轉，使得潤滑狀遠遠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隨 λ 值的變化

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王靜秋;王曉雷;;表面織構創(chuàng)新設計的研究回顧及展望[J];機械工程學報;2015年23期

2 林林;袁儒強;張欣欣;王曉東;;液滴在梯度微結構表面上的鋪展動力學分析[J];物理學報;2015年15期

3 卿濤;周寧寧;周剛;張激揚;樊幼溫;;空間摩擦學在衛(wèi)星活動部件軸系的應用研究現狀及發(fā)展[J];潤滑與密封;2015年02期

4 馬勇;鐘寧寧;黃小艷;郭州平;姚立鵬;;聚集離子束掃描電鏡(FIB-SEM)在頁巖納米級孔隙結構研究中的應用[J];電子顯微學報;2014年03期

5 魏佳平;孫小波;謝鵬飛;張亦弛;;成形工藝對多孔聚酰亞胺復合材料性能的影響[J];軸承;2013年11期

6 邱優(yōu)香;王齊華;王超;王廷梅;;多孔聚酰亞胺含油材料的儲油性能及摩擦學行為研究[J];摩擦學學報;2012年06期

7 李小兵;劉瑩;;類似荷葉表面分形結構的潤濕性研究[J];潤滑與密封;2012年06期

8 李仁民;劉松玉;方磊;杜延軍;;采用隨機生長四參數生成法構造黏土微觀結構[J];浙江大學學報(工學版);2010年10期

9 高安然;李鐵;劉翔;焦繼偉;王躍林;;基于溫度梯度驅動的液滴傳輸行為研究[J];測試技術學報;2010年05期

10 姚樹寅;吳仲巋;楊軍;李少英;晏海英;;PDMS真空紫外光表面親水改性研究[J];湖北大學學報(自然科學版);2010年02期

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1 薛寶龍;高龍成;江雷;;嵌段共聚物自組裝構建溫度驅動液滴的智能表面[A];2012年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結構學術研討會（暨第十二屆全國高分子液晶態(tài)與超分子有序結構學術論文報告）會議論文集[C];2012年

相關博士學位論文 前2條

1 黃敦新;姿控飛輪摩擦學系統(tǒng)關鍵技術研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2010年

2 員美娟;多孔介質中流體的若干流動特性研究[D];華中科技大學;2008年

相關碩士學位論文 前6條

1 魏博熙;應用數字巖心技術模擬高溫高壓氣水滲流[D];西南石油大學;2017年

2 孫逸飛;梯度潤濕銅溝槽中的流體流動與液滴移動[D];華南理工大學;2016年

3 白鋒;介電潤濕與電熱流動的實驗和數值模擬研究[D];上海交通大學;2013年

4 劉良勇;動量輪軸承磨損壽命研究[D];河南科技大學;2011年

5 王強;基于ANSYS的多孔介質中流動、傳熱與應力分析[D];武漢理工大學;2010年

6 王子君;陀螺軸承用多孔含油聚酰亞胺保持架研究[D];合肥工業(yè)大學;2004年

本文編號：2723494