姿控飞轮是轻型敏捷型军用卫星姿控系统的核心部件。近年来,采用低密度、高强度、高模量的碳纤维复合材料进一步改善飞轮的转动惯量-质量比等性能已成为主要趋势。国内卫星姿控飞轮仍以金属一体式飞轮为主,金属-复合材料姿控飞轮技术还不成熟,距离实际应用尚有一定的距离;国内尤其缺乏从飞轮设计制造全流程角度出发进行的飞轮结构设计、有限元仿真、成型模具开发、成型工艺设计及后续机加工艺优化的系统性研究。论文以某型号姿控飞轮为载体,系统研究了金属-复合材料共固化卫星姿控飞轮的设计与制造技术,主要内容和研究成果如下:(1)姿控飞轮结构设计严格按照设计指标,在多约束条件下完成了飞轮结构设计。设计出复合材料内接金属轮缘结构的飞轮;基于金属轮缘与复合材料轮辐热膨胀系数的匹配性选定轮缘、轮辐材料;创造性地将复合材料泡沫夹层结构引入飞轮结构,增大轮辐的比刚度,提高结构阻尼,改善了飞轮的动力学性能;针对纤维复合材料的密度、纤维含量比、弹性性能、应力应变关系等性能研究了其理论预测方法。(2)姿控飞轮有限元仿真以ABAQUS有限元软件为平台对飞轮的静力学、动力学性能进行仿真校核。静力学仿真显示,飞轮在最大转速工作状态下轮体最大应力和应变均很小,满足设计要求。动力学仿真分析前首先研究了结构的动力学的理论基础;而后,通过模态分析得到飞轮振动模态;利用单位激励正弦振动仿真预测飞轮结构的放大倍数,并以此为参考进行飞轮冲击载荷响应、谐响应、随机振动响应仿真分析;动力学仿真结果显示,所设计的飞轮具有优异的动力学性能,满足设计要求。(3)姿控飞轮成型模具开发及工艺设计以飞轮各个模块定位准确、易于脱模且便于操作为原则设计出飞轮共固化成型组合模具。阴模、阳模材料采用45钢,内嵌加压软模采用硅橡胶材料。飞轮采用热压罐加压并结合硅橡胶软模辅助加压成型的方式一次整体共固化成型,并制定出飞轮共固化成型完整工艺流程。(4)姿控飞轮机加工艺优化针对飞轮金属轮缘车削加工过程,研究了金属切削加工的一般过程,介绍了金属切削理论模型的发展情况和常用金属本构模型的适用情况。利用4J36的J-C本构模型在TWS有限元仿真平台对轮缘精车加工进行仿真并根据仿真得到的切削力、切削热数据设计了4J36精车加工单因素实验方案。根据实验结果优化了车削参数及车刀结构。