复合材料飞轮转子设计

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1、第１５卷第６期光学精密工程Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．６２００７年６月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．２００７文章编号１００４９２４Ｘ（２００７）０６０８５２０６复合材料飞轮转子设计白越１，２，黎海文１，２，吴一辉１，２，宣明２（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春１３００３３；２．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春，１３００３３）摘要：考虑到转子与驱动机构的连接，给出了一种金属轮毂加复合材料轮缘结构飞轮转子的设计方法。分析了转子材料、结构、连接及制作工艺等因

2、素对储能密度的影响，分析结果表明：复合材料轮缘内外径比值α是影响其储能密度的关键，根据轮缘材料选取合理值，对轮毂进行优化可以进一步提高转子的储能密度。分析中所用复合材料及胶粘剂力学常数的准确性是影响仿真结果的主要因素，通过实验对其理论值进行修正可以进一步提高仿真结果的准确性。对实际应用中一个具体飞轮转子进行了设计并制作出了转子，在２００００ｒ／ｍｉｎ转速范围内进行了旋转应力实验，仿真分析与实验结果取得了较好的一致性，证明了本文设计方法的正确性。关键词：复合材料；飞轮转子；储能密度；仿真分析中图分类号：ＴＨ１３３．７文献标识码：Ａ犇犲狊犻犵狀

3、狅犳犮狅犿狆狅狊犻狋犲犳犾狔狑犺犲犲犾狉狅狋狅狉１，２，ＬＩＨａｉｗｅｎ１，２，ＷＵＹｉｈｕｉ１，２，ＸＵＡＮＭｉｎｇ２ＢＡＩＹｕｅ（１．犛狋犪狋犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犃狆狆犾犻犲犱犗狆狋犻犮狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪；２．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛

4、犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｆｌｙｗｈｅｅｌｒｏｔｏｒｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｉｍａｎｄｍｅｔａｌｈｕｂｉｓｇｉｖｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｏｔｏｒａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｆａｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｉｃｓｏｆｒｏｔｏｒｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｉｓ

5、ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｉｎｎｅｒｒａｄｉｕｓｔｏｏｕｔｅｒｒａｄｉｕｓｏｆｒｉｍｉｓａｋｅｙｆａｃｔｏｒｆｏｒｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｒｉｍｍａｔｅｒｉａｌ．Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｈｕｂｃａｎａｌｓｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙｖａｌｕｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｇｌｕｅｉｓｎｏｔｅｘａｃｔ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎｒｅｖｉｓｅｄｖｉａｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅ

6、ｎｔｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｖｅｒａｃｉｔｙｏｆｅｍｕｌａｔｉｏｎａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｙｗｈｅｅｌｒｏｔｏｒｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｒｏｔａｔｅｓｔｒｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｎｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆ２００００ｒ／ｍｉｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｅｓｔ，ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｒｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｎｔｈｅｐａｐｅｒ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｆｌｙｗｈｅｅｌｒｏｔｏｒ

7、；ｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ收稿日期：２００７０１２６；修订日期：２００７０３２１．基金项目：国家“８６３”计划资助项目（Ｎｏ．Ｂ０２Ｘ０４Ｚ）；中科院“十五”预研项目（Ｎｏ．４２２０１０３０１０８）；长春光机所青年基金资助项目（Ｎｏ．Ｏ５９Ｘ１２Ｑ０５０）第６期白越，等：复合材料飞轮转子设计８５３飞轮转动角速度。１引言犝表达式中犐／犿与飞轮的材料特性和结构形状有关，而角速度ω珔受飞轮材料的比强度所限利用飞轮进行能量存储是由美国Ｌａｗｒｅｎｃｅ制。因此，储能飞轮要想得到高的储能密度，应采Ｌｉｖｅ

8、ｒｍｏｒｅ国家实验室的Ｄｒ．ＲｉｃｈａｒｄＰｏｓｔ在用低密度、高比强度材料，同时还要对飞轮结构形［９］１９７３年提出的。飞轮储能和蓄电池储能相比，具状进行优化设计。由于碳纤维／树