利用碳纤维复合飞轮储能是近年来在国际上得到蓬勃发展的一种新型储能技术。本文在查阅了大量国内外相关文献及调研的基础上，针对集成化储能/姿态控制飞轮系统中的碳纤维复合飞轮的以下相关技术进行了研究，并取得了有价值的成果：1．针对碳纤维复合材料的特点及加工方式，设计了周向缠绕成型法、对称正交铺层层压法、多层结构缠绕及过盈连接法等不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子；2．针对不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子，进行了高速旋转状态下的应力分析，建立了静力学解析模型，并结合I-DEAS有限元分析软件模拟仿真了不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子的相关几何参数及工艺参数对其应力水平的影响；3．针对不同几何外形及工艺方式的碳纤维复合飞轮转子，设计了提高其储能密度的优化设计方法，并进行了储能密度的优化设计，得出了不同几何外形及工艺方式的碳纤维复合飞轮转子在储能能力上的优劣；4．提出了碳纤维复合飞轮轴系的优化设计思想，设计了通过轮毂外形和材料的优化选取，来达到轴系的质量要求和成本要求的优化方法，以及具体的优化步骤，并利用该方法针对轴系的质量要求和成本要求进行了优化设计；5．建立了高速旋转状态下，采用磁轴承作支撑的飞轮转子和转轴的动力学模型，给出了有限元法在此问题中的具体应用，并利用I-DEAS有限元分析软件具体分析了飞轮系统的共振频率、系统振型，以及对偏心激励的响应，分析表明：对于高速旋转的飞轮转子和转轴，应考虑陀螺效应对其动力学特性的影响，此时系统的固有频率是转速的函数；通过提高磁轴承的等效阻尼可显著降低系统通过共振区域时的振幅。