航空起动发电机起始为电动状态,当发动机转速达到一定值后,进入发电状态,将原本的起动机与发电机两种电机的性能合二为一而逐渐广泛应用于航空领域之中。由于起动发电机处于航空飞行器之中工作,它必须满足如体积小、重量轻以及工作可靠等特殊要求。此外,在发动机正常运转时会将产生的振动直接传递给起动发电机。因此,分析起动发电机在外振动源下的振动以及应力情况,对提高航空起动发电机的可靠性是十分必要且必须的。本文对航空起动发电机的设计以及结构优化展开分析研究,具体的工作研究内容如下:首先,针对起动/发电机的工作环境与要求对其进行基本电磁方案设计,包括电机极槽配合的选择、绕组方案的设计、定子槽型的选择、转子结构的选择、永磁体材料的选择并确定电机各项的具体参数。理论分析推导径向气隙磁密解析式以及径向电磁力的表达式,分析径向电磁力的主要谐波成分并利用有限元法对电机进行电磁仿真分析,验证电机电磁方案设计以及电磁力理论分析的合理性。其次,对起动发电机定子系统进行模态分析计算,通过仿真得到定子铁芯的前六阶径向固有频率以及振型,发现电机径向电磁力频率与铁芯径向固有频率相差较大,确定电机自身不会有电磁共振现象的发生。并对起动发电机整机进行有约束条件下的模态分析,判断电机是否会与涡轮发动机产生整机共振现象,并采用模态叠加法在涡轮发动机激振源下对电机进行应力分析,计算起动发电机各关键零部件的动应力以及动位移。最后,通过对比分析各材料的属性以及特点,最终选用轻质且高强度的7075型铝合金作为电机机壳以及端盖的材料,并利用ANSYS Workbench结构优化模块将电机前端盖的总厚度、减重孔孔径及孔深作为输入参数,研究其对前端盖最大应力和最大位移的影响,并在确保电机强度的前提下对电机各机械零部件进行结构优化,减轻了电机的质量。