轻量化飞轮及其制造方法

摘要

本发明涉及高空气球附属设备技术领域，公开了一种轻量化飞轮及其制造方法，其中轻量化飞轮包括由内至外依次间隔且同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，还包括设置于飞轮内环和飞轮外环之间的多个辐条，多个辐条沿飞轮外环的周向均匀分布；辐条包括沿飞轮外环的径向设置的第一辐条和第二辐条，飞轮内环通过第一辐条连接于飞轮中环，飞轮中环通过第二辐条连接于飞轮外环；飞轮内环、飞轮中环、飞轮外环和辐条均为碳纤维复合材料；还包括多个连接于飞轮外环的配重块，多个配重块沿飞轮外环的周向均匀分布。该轻量化飞轮采用外环集中质量设计，碳纤维飞轮本体的质量可以达到最小化，进而实现飞轮转动惯量的最大化。

权利要求

1.一种轻量化飞轮，其特征在于，包括由内至外依次间隔且同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，还包括设置于所述飞轮内环和所述飞轮外环之间的多个辐条，多个所述辐条沿所述飞轮外环的周向均匀分布；所述辐条包括沿所述飞轮外环的径向设置的第一辐条和第二辐条，所述飞轮内环通过所述第一辐条连接于所述飞轮中环，所述飞轮中环通过所述第二辐条连接于所述飞轮外环；所述飞轮内环、所述飞轮中环、所述飞轮外环、所述第一辐条和所述第二辐条均为碳纤维复合材料；

还包括多个连接于所述飞轮外环的配重块，多个所述配重块沿所述飞轮外环的周向均匀分布，所述配重块可拆卸地连接于飞轮外环；

所述第一辐条的厚度大于所述第二辐条的厚度；

所述第一辐条与所述飞轮中环之间以及所述第二辐条与所述飞轮外环之间均设置有变截面过渡段；

所述第一辐条与所述飞轮内环之间、所述第一辐条与所述飞轮中环之间、所述第二辐条与所述飞轮中环之间以及所述第二辐条与所述飞轮外环之间均设置有倒角过渡段；

所述碳纤维复合材料铺覆成轻量化飞轮的截面形状，形成0度铺层、±45度铺层和90度铺层；对于飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3，沿其周向方向的为0度纤维，沿其径向的90度纤维，对于辐条4，沿其径向的为0度纤维，沿着飞轮的周向方向的为90度纤维；0度铺层、±45度铺层和90度铺层沿轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中。

2.根据权利要求1所述的轻量化飞轮，其特征在于，所述飞轮内环的中心还预埋有传动接头，所述传动接头内设有带连接键槽的轴孔，所述传动接头与所述飞轮内环连接的一侧设有多个间隔排列的凹槽。

3.根据权利要求2所述的轻量化飞轮，其特征在于，多个所述凹槽沿所述传动接头的轴向和周向平行且间隔地排列。

4.根据权利要求2所述的轻量化飞轮，其特征在于，所述传动接头为钛合金接头。

5.一种制造如权利要求1至4中任一项所述的轻量化飞轮的制造方法，其特征在于，包括：

将碳纤维复合材料铺覆成所述轻量化飞轮的截面形状，形成0度铺层、±45度铺层和90度铺层；

将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中；

待整体的铺设厚度达到预设厚度时，实施模压一体成型工艺；

在飞轮外环的周向上均匀地安装多个配重块。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中，进一步地包括：

在飞轮内环处预埋传动接头，对所述传动接头的外表面作喷砂处理；

将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向连续铺设于模具中，每铺设四层，在所述传动接头的外表面灌注一次胶黏剂。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述0度铺层、所述±45度铺层和所述

90度铺层的铺设比例为2:2:1。

说明书

轻量化飞轮及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高空气球附属设备技术领域，尤其涉及一种轻量化飞轮及其制造方法。

背景技术

[0002] 高空气球又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，因此越来越受到科学工作者的青睐，并被广泛应用
于高能天体物理、宇宙线、红外天文、大气物理、大气化学、地面遥感、高空物理、生理、微重
力实验等方面的研究，同时也大量应用于外层空间宇宙设备的预研和试飞以及军事方面
等。高空气球在正常工作时，需要对其方位姿态进行控制，以保证其上搭载的设备可以稳定
工作，通常需要使用反作用飞轮系统，通过电机调整飞轮转速，利用飞轮角动量变化产生的
反作用力矩实现高空气球方位角的稳定和调整。

[0003] 目前，高空气球附属结构(如姿态控制飞轮等)主要采用钢结构设计，由于飞轮本身的设计转动惯量较大，所以需要尽可能设计较大的飞轮半径，以及提高飞轮的本体质量
来满足高速运转过程中的转动惯量需求。这种情况下，为了保证飞轮整体的强度和抗扭刚
度需要，需要较大的辐条横截面尺寸来提高其扭转惯性矩，但是，采用此种设计方案的飞轮
结构重量太大，携带不方便，对姿态调整控制也带来较大的麻烦。

[0004] 因此为了提高高空气球的有效载荷，需要对气球的姿控飞轮等附属结构考虑轻量化设计，同时还需要满足飞轮的动态承载能力要求。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供一种轻量化飞轮及其制造方法，用以解决现有的飞轮结构重量过大、难以兼顾轻量化和动态承载能力的问题。

[0006] 本发明实施例提供一种轻量化飞轮，包括由内至外依次间隔且同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，还包括设置于所述飞轮内环和所述飞轮外环之间的多个辐条，多
个所述辐条沿所述飞轮外环的周向均匀分布；所述辐条包括沿所述飞轮外环的径向设置的
第一辐条和第二辐条，所述飞轮内环通过所述第一辐条连接于所述飞轮中环，所述飞轮中
环通过所述第二辐条连接于所述飞轮外环；所述飞轮内环、所述飞轮中环、所述飞轮外环、
所述第一辐条和所述第二辐条均为碳纤维复合材料；

[0007] 还包括多个连接于所述飞轮外环的配重块，多个所述配重块沿所述飞轮外环的周向均匀分布。

[0008] 其中，所述飞轮内环的中心还预埋有传动接头，所述传动接头内设有带连接键槽的轴孔，所述传动接头与所述飞轮内环连接的一侧设有多个间隔排列的凹槽。

[0009] 其中，多个所述凹槽沿所述传动接头的轴向和周向平行且间隔地排列。

[0010] 其中，所述传动接头为钛合金接头。

[0011] 其中，所述第一辐条的厚度大于所述第二辐条的厚度。

[0012] 其中，所述第一辐条与所述飞轮中环之间以及所述第二辐条与所述飞轮外环之间均设置有变截面过渡段。

[0013] 其中，所述第一辐条与所述飞轮内环之间、所述第一辐条与所述飞轮中环之间、所述第二辐条与所述飞轮中环之间以及所述第二辐条与所述飞轮外环之间均设置有倒角过
渡段。

[0014] 本发明实施例还提供一种制造如上述所述的轻量化飞轮的制造方法，包括：

[0015] 将碳纤维复合材料铺覆成所述轻量化飞轮的截面形状，形成0度铺层、±45度铺层和90度铺层；

[0016] 将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中；

[0017] 待整体的铺设厚度达到预设厚度时，实施模压一体成型工艺；

[0018] 在飞轮外环的周向上均匀地安装多个配重块。

[0019] 其中，所述将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中，进一步地包括：

[0020] 在飞轮内环处预埋传动接头，对所述传动接头的外表面作喷砂处理；

[0021] 将所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层沿所述轻量化飞轮的厚度方向连续铺设于模具中，每铺设四层，在所述传动接头的外表面灌注一次胶黏剂。

[0022] 其中，所述0度铺层、所述±45度铺层和所述90度铺层的铺设比例为2:2:1。

[0023] 本发明实施例提供的轻量化飞轮及其制造方法，其中轻量化飞轮包括同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，飞轮内环通过第一辐条连接于飞轮中环，飞轮中环通过第
二辐条连接于飞轮外环，飞轮内环、飞轮中环、飞轮外环、第一辐条和第二辐条均采用碳纤
维复合材料制作，在满足了飞轮整体轻量化的条件下，还可以实现较大的飞轮半径，同时兼
顾飞轮的整体的强度和抗扭刚度。通过在飞轮外环安装多个配重块，可以提高飞轮的转动
惯量，满足飞轮的动态承载能力的需求。该轻量化飞轮采用外环集中质量设计，碳纤维飞轮
本体的质量可以达到最小化，进而实现飞轮转动惯量的最大化，相比于传统的钢材飞轮结
构，碳纤维飞轮的减重效应明显，减重率达到35％以上，同时飞轮姿态控制精度也得到了提
高。另外还保证了飞轮整体的强度和扭转刚度需求，保证了整体的动平衡性能要求，保证了
整体的均匀性能要求，保证了整体的转动惯量要求，可以实现碳纤维复合材料飞轮在浮空
器领域的轻量化应用。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1是本发明实施例中的一种轻量化飞轮的结构示意图；

[0026] 图2是图1中的轻量化飞轮的截面示意图；

[0027] 图3是本发明实施例中的传动接头的外侧表面的结构示意图；

[0028] 图4是图3中的传动接头的外侧表面的截面示意图；

[0029] 图5是本发明实施例中的轻量化飞轮的制造方法的流程示意图；

[0030] 附图标记说明：

[0031] 1、飞轮内环；          2、飞轮中环；        3、飞轮外环；

[0032] 4、辐条；              41、第一辐条；       42、第二辐条；

[0033] 5、配重块；            6、传动接头；        61、连接键槽；

[0034] 62、传动接头的外侧面； 621、凹槽；          7、倒角过渡段；

[0035] 8、变截面过渡段。

具体实施方式

[0036] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”
“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也
可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本
发明实施例中的具体含义。

[0038] 需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体
情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

[0039] 如图1至图2所示，本发明实施例提供的一种轻量化飞轮，包括由内至外依次间隔且同轴设置的飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3，还包括设置于飞轮内环1和飞轮外环3之
间的多个辐条4，多个辐条4沿飞轮外环3的周向均匀分布。辐条4包括沿飞轮外环3的径向设
置的第一辐条41和第二辐条42，飞轮内环1通过第一辐条41连接于飞轮中环2，飞轮中环2通
过第二辐条42连接于飞轮外环3。飞轮内环1、飞轮中环2、飞轮外环3、第一辐条41和第二辐
条42均为碳纤维复合材料。还包括多个连接于飞轮外环3的配重块5，多个配重块5沿飞轮外
环3的周向均匀分布。

[0040] 具体地，飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3均为由多层碳纤维复合材料铺设而成的环状结构。碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％
的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺
织纤维的柔软可加工性。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳
纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000
～43000MPa亦高于钢。碳纤维复合材料可以采用碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、
比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求
的领域都颇具优势。

[0041] 飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3三者同轴且直径由内而外依次增加。飞轮内环1用于连接外部动力驱动件，例如转动电机等等，进而可以在动力驱动件的带动下飞速转
动。飞轮外环3用于安装多个配重块5，配重块5可以采用金属块，例如铜块或者铁块等等。配
重块5的数量和质量均可以通过实际需求进行合理的设计。配重块5可以直接固接于飞轮外
环3，例如胶接或者预埋成型等等；另外，配重块也可以可拆卸地连接于飞轮外环3，例如通
过螺栓连接，因而可以根据实际使用需求及时更换配重块5，增加飞轮的适用性。

[0042] 在飞轮内环1和飞轮外环3之间还设置有多个辐条4，辐条4的轴线沿飞轮外环3的径向延伸。多个辐条4均布于整个飞轮平面，辐条4的数量为5～10个，本实施例中以6个辐条
4为例进行说明。每个辐条4包括设置于飞轮内环1和飞轮中环2之间的第一辐条41，以及设
置于飞轮中环2和飞轮外环3之间的第二辐条42。辐条4也由多层碳纤维复合材料铺设而成，
且飞轮内环1、飞轮中环2、飞轮外环3和辐条4可以一体化连续铺设。

[0043] 本实施例提供的一种轻量化飞轮，包括同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，飞轮内环通过第一辐条连接于飞轮中环，飞轮中环通过第二辐条连接于飞轮外环，飞轮
内环、飞轮中环、飞轮外环、第一辐条和第二辐条均采用碳纤维复合材料制作，在满足了飞
轮整体轻量化的条件下，还可以实现较大的飞轮半径，同时兼顾飞轮的整体的强度和抗扭
刚度。通过在飞轮外环安装多个配重块，可以提高飞轮的转动惯量，满足飞轮的动态承载能
力的需求。该轻量化飞轮采用外环集中质量设计，碳纤维飞轮本体的质量可以达到最小化，
进而实现飞轮转动惯量的最大化，相比于传统的钢材飞轮结构，碳纤维飞轮的减重效应明
显，减重率达到35％以上，同时飞轮姿态控制精度也得到了提高。另外还保证了飞轮整体的
强度和扭转刚度需求，保证了整体的动平衡性能要求，保证了整体的均匀性能要求，保证了
整体的转动惯量要求，可以实现碳纤维复合材料飞轮在浮空器领域的轻量化应用。

[0044] 进一步地，如图1至图4所示，飞轮内环1的中心还预埋有传动接头6，传动接头6内设有带连接键槽61的轴孔，传动接头6与飞轮内环1连接的一侧(即传动接头的外侧面62)设
有多个间隔排列的凹槽621。具体地，连接键槽61的形式可以为平键或者花键等等，连接键
槽61和轴孔的具体形式、尺寸均可以根据其需要对接的外部动力驱动件的传动轴而设计，
以实现飞轮与外部动力驱动件的紧密连接配合，保证飞轮高速转动条件下的动态平衡性能
要求。通过设置传动接头6可以增强外部动力驱动件的转轴与碳纤维轮体的连接强度，同时
还可以防止金属转轴和碳纤维轮体之间的电化学腐蚀影响。

[0045] 更具体地，传动接头6的连接键槽61在厚度方向上的两个端面设计为等截面形式，凹槽621的数量和分布位置关于传动接头6的中心线对称。凹槽621的深度可以设定为4mm，
凹槽621的高度可以设定为5mm，凹槽621的宽度可以设定为10mm。凹槽621的尺寸大小可以
根据实际需求进行调整，此处不做限制。

[0046] 更进一步地，如图3和图4所示，多个凹槽621沿传动接头6的轴向和周向平行且间隔地排列。具体地，在传动接头的外侧面62的轴向间隔地均布四排凹槽组，每排凹槽组沿传
动接头6的周向间隔地均布十个凹槽621，形成一个纵横交错的网状结构。通过纵向和横向
的凹槽621排列，增加了传动接头6和飞轮内环1之间的连接强度。

[0047] 更进一步地，传动接头6为钛合金接头。钛合金强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗腐蚀性能很好。可以作为碳纤维复合材料飞轮和金属转轴之间的过渡部分。

[0048] 进一步地，如图1和图2所示，第一辐条41的厚度大于第二辐条42的厚度。具体地，第一辐条41和第二辐条42的横截面均可以设计为矩形。更进一步地，第一辐条41与飞轮中
环2之间以及第二辐条42与飞轮外环3之间均设置有变截面过渡段8。飞轮中环2的厚度小于
飞轮外环3的厚度，飞轮外环3的厚度小于飞轮内环1的厚度。考虑到飞轮内环1需要与外部
动力驱动件直接对接，因而可以适当增加厚度；为了提高转动惯量，有需要增加飞轮外环3
的重量，同时增加飞轮外环3的厚度还可以更好地支承配重块5。而由于采用了变截面的矩
形辐条，增强了整个飞轮的扭转刚度，因而飞轮内环1的厚度可以适当减小，进而实现最大
的轻量化。

[0049] 进一步地，如图1和图2所示，第一辐条41与飞轮内环1之间、第一辐条41与飞轮中环2之间、第二辐条42与飞轮中环2之间以及第二辐条42与飞轮外环3之间均设置有倒角过
渡段7。具体地，倒角过渡段7和变截面过渡段8均可以与飞轮内环1、飞轮中环2、飞轮外环3
和辐条4仪器进行一体化连续铺设。通过设置倒角过渡段7使各个尖点部位光滑过渡，可以
优化飞轮整体的应力分布，防止高速转动过程中辐条4与飞轮内环1、飞轮中环2、飞轮外环3
的连接处应力集中。

[0050] 在一个具体的实施例中，飞轮的设计外径为700mm，飞轮的设计转动惯量I为(1.52
～2kg·m)，飞轮的饱和转速为180r/min。因而可以根据飞轮的设计参数(如转动惯量和最
大角加速度)，确定飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3的设计尺寸和配重块5的质量，根据
仿真结果设计辐条4的数目和横截面尺寸。

[0051] 如图5所示，本发明实施例还提供一种制造如上述所述的轻量化飞轮的制造方法，包括：

[0052] 步骤S1：将碳纤维复合材料铺覆成轻量化飞轮的截面形状，形成0度铺层、±45度铺层和90度铺层。

[0053] 具体地，对于飞轮内环1、飞轮中环2和飞轮外环3，沿其周向方向的为0度纤维，沿其径向的90度纤维。对于辐条4，沿其径向的为0度纤维，沿着飞轮的周向方向的为90度纤
维。碳纤维单层铺设厚度为0.15mm。

[0054] 步骤S2：将0度铺层、±45度铺层和90度铺层沿轻量化飞轮的厚度方向采用对称均衡的铺设方式连续铺设于模具中。

[0055] 具体地，在点应力状态，角度为0度的铺层对应正应力，角度为±45度的铺层对应剪应力，角度为90度的铺层是用来保证在复合材料制件的径向上有足够的正压力。对称均
衡铺设的特点是在整体的铺层之中，上下铺层关于中间面对称，这种方式可以有效避免复
合材料制件发生翘曲形变。在铺设的顺序上，为了减少按照相同的方式铺放的相邻两层分
层开裂的可能性，一般连续的相同铺层不超过四层，对性能要求更高的不超过两层。

[0056] 步骤S3：待整体的铺设厚度达到预设厚度时，实施模压一体成型工艺。

[0057] 通过模压一体成型工艺，可以保证飞轮整体的均匀性以及准各向同性。更具体地，在完成一体共固化成型后，还可以对飞轮进行表面处理，完成对飞轮的整体结构加工，并对
关键连接结构进行二次精加工，进一步保证了飞轮整体结构的均匀性和准各向同性。

[0058] 步骤S4：在飞轮外环3的周向上均匀地安装多个配重块5。

[0059] 进一步地，步骤S2进一步地包括：

[0060] 步骤S21：在飞轮内环1处预埋传动接头6，对传动接头6的外表面作喷砂处理。

[0061] 通过喷砂处理可以增强飞轮内环1的碳纤维材料在铺设时与预埋的传动接头6之间的接触力，增加连接强度。

[0062] 步骤S22：将0度铺层、±45度铺层和90度铺层沿轻量化飞轮的厚度方向连续铺设于模具中，每铺设四层，在传动接头6的外表面灌注一次胶黏剂。

[0063] 具体地，胶粘剂可以采用高强且抗低温的胶粘剂。由于气球的飞行高度在距离地面约20～100km高度范围内，其工作温度约在‑70℃环境条件，因而通过使用胶粘剂可以解
决碳纤维飞轮内环1与传动接头6之间的对接低温适应性。

[0064] 更进一步地，0度铺层、±45度铺层和90度铺层的铺设比例为2:2:1。0度铺层对于结构的承载强度至关重要，因而其含量稍高一些。

[0065] 本发明提出的轻量化飞轮与传统金属飞轮设计方案相比具有以下优势：

[0066] 1)该轻量化飞轮采用外环集中质量设计，配重块方便拆卸，碳纤维本体质量达到最小化，实现飞轮转动惯量最大化；

[0067] 2)该轻量化飞轮采用预埋含纵向和环向凹槽的钛合金传动接头，该连接方法综合了胶接连接和预埋连接的优势，使飞轮在较大转速工作条件下结构保持较好的动平衡性能
且不会发生共振；

[0068] 3)辐条采用变截面设计，靠近飞轮内环采用较大截面设计模式，靠近飞轮外环采用较小截面设计模式，一方面保证了高速转动过程中的抗扭刚度性能要求，另一方面实现
了最大限度的轻量化要求；

[0069] 4)与金属飞轮相比，结构减重效率超过35％，同时飞轮姿态控制精度大大提高。

[0070] 根据实验测试和仿真分析表明，采用本发明提出的轻量化飞轮结构，减重效果明显，且飞轮系统满足表面光滑平整，变截面过渡段保证平滑过渡，飞轮整体及关键连接部位
的强度满足承载能力要求，满足高速转动过程中的抗扭刚度使用要求，满足碳纤维飞轮内
在质量的均匀性要求和准各向同性性能要求，满足实际工程应用中‑70℃低温低压使用环
境下复合材料、预埋键槽和关键连接部位的刚度和强度使用要求，满足飞轮闭环转速控制
精度≤1r/min，总之，该轻量化飞轮满足浮空器姿态控制工程应用需求。

[0071] 通过以上实施例可以看出，本发明提供的轻量化飞轮及其制造方法，其中轻量化飞轮包括同轴设置的飞轮内环、飞轮中环和飞轮外环，飞轮内环通过第一辐条连接于飞轮
中环，飞轮中环通过第二辐条连接于飞轮外环，飞轮内环、飞轮中环、飞轮外环、第一辐条和
第二辐条均采用碳纤维复合材料制作，在满足了飞轮整体轻量化的条件下，还可以实现较
大的飞轮半径，同时兼顾飞轮的整体的强度和抗扭刚度。通过在飞轮外环安装多个配重块，
可以提高飞轮的转动惯量，满足飞轮的动态承载能力的需求。该轻量化飞轮采用外环集中
质量设计，碳纤维飞轮本体的质量可以达到最小化，进而实现飞轮转动惯量的最大化，相比
于传统的钢材飞轮结构，碳纤维飞轮的减重效应明显，减重率达到35％以上，同时飞轮姿态
控制精度也得到了提高。另外还保证了飞轮整体的强度和扭转刚度需求，保证了整体的动
平衡性能要求，保证了整体的均匀性能要求，保证了整体的转动惯量要求，可以实现碳纤维
复合材料飞轮在浮空器领域的轻量化应用。

[0072] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。