1281 / 2023-03-19 22:50:49

实现航天器飞轮系统健康监测的超紧凑轻量化摩擦电轴承

微振动扰动是限制高精度航天器姿态控制部件指向稳定度和指向精度的重要瓶颈之一，飞轮系统滚动轴承非理想特性是引起这种扰动的重要因素之一。为解决航天器飞轮轴承非理想特性识别精度差、轴承自润滑保持架不稳定涡动和滚动体-滚道打滑实时在轨监测难的问题，开发了一种基于摩擦纳米发电机的自传感、轻量化、紧凑式航天飞轮轴承。利用整体式保持架非引导间隙处空间，在轴承套圈非工作表面布置柔性叉指电极，同时在保持架非引导面外径处组装带有周期性凸起的高分子材料介电环，保持架受滚动体驱动公转时，与叉指电极形成独立自由层摩擦发电机，输出的摩擦电信号时频域特征作为评估保持架运转稳定性和轴承瞬态打滑程度的指标，具有“自传感”特性。通过高速摄像技术同步测试了保持架涡动及打滑率，验证了摩擦电轴承监测准确度及识别精度。以7005C轴承为例，所提出的摩擦电轴承较原有轴承重量仅增加1.5 g，实现了航天器元器件轻量化的要求。总体尺寸与原轴承完全一致，且非接触独立自由层模式的摩擦发电机不影响轴承原本运动状态，实现了轴承长寿命服役要求。本文提出的摩擦电轴承有望实现航天飞轮系统轴承实时在轨监测，进而提高航天器运行精度和服役寿命。