發(fā)布時(shí)間：2020-06-29 21:05

【摘要】：微納衛(wèi)星電磁連接及分離機(jī)構(gòu)具有無燃料消耗、低連接沖擊、無羽流污染、功耗低、機(jī)構(gòu)自重輕等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有同步、連續(xù)、可逆的非接觸控制能力,可實(shí)現(xiàn)航天器的柔性連接。在電磁機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上輔以永磁體機(jī)構(gòu),利用永磁體的吸力特性實(shí)現(xiàn)無功耗穩(wěn)定連接,并降低漸進(jìn)過程中的精度要求及能耗,提高對(duì)接過程的容錯(cuò)率。本文針對(duì)這種將永磁體連接機(jī)構(gòu)和電磁分離及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)相結(jié)合的微納衛(wèi)星連接及分離機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究:根據(jù)微納衛(wèi)星電磁連接及分離機(jī)構(gòu)的功能預(yù)期,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)異構(gòu)模塊化微納衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出總體結(jié)構(gòu)方案及功能實(shí)現(xiàn)方法。明確機(jī)構(gòu)內(nèi)各組成部分的功能,并利用立方體衛(wèi)星對(duì)稱性以合理布置機(jī)構(gòu)位置,使衛(wèi)星通過所設(shè)計(jì)的連接及分離機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)面的靜態(tài)連接、分離及轉(zhuǎn)位功能。針對(duì)機(jī)構(gòu)中的執(zhí)行器即線圈-永磁體式電磁機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析�；�于等效電流模型求解永磁體在空間中產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布,利用洛倫茲力計(jì)算式并引入等效電流層求得電磁機(jī)構(gòu)受力表達(dá)式。結(jié)合有限元仿真結(jié)果驗(yàn)證理論解析的正確性,為進(jìn)一步優(yōu)化電磁機(jī)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)。針對(duì)其中的永磁體連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,明確永磁體連接機(jī)構(gòu)的功能及設(shè)計(jì)思路,提出多種不同充磁方式的框架內(nèi)嵌永磁體并比較其吸力特性及磁場(chǎng)影響,結(jié)合衛(wèi)星模塊分離及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的功能預(yù)期對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),得到永磁體連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)律,根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成永磁體連接機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),并利用永磁體自身特性提高衛(wèi)星模塊對(duì)接精度。針對(duì)其中的電磁分離及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,明確其功能及設(shè)計(jì)思路,提出多種電磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案并對(duì)比優(yōu)選斥力自重比較大的方案。利用有限元仿真并結(jié)合理論解析所得設(shè)計(jì)規(guī)律,完成電磁機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的理論優(yōu)化,分析電磁機(jī)構(gòu)工作產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響并設(shè)計(jì)屏蔽措施,最終完成電磁分離及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。完成微納衛(wèi)星電磁連接及分離機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)電磁力特性及運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。結(jié)合之前完成的永磁體連接機(jī)構(gòu)及電磁分離及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),完成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)加工與裝配。利用樣機(jī)完成電磁機(jī)構(gòu)靜態(tài)斥力測(cè)試及整體機(jī)構(gòu)的靜態(tài)連接、分離與轉(zhuǎn)位的功能驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V423
【圖文】：

圖 1-1 所示。系統(tǒng)整體被分為主動(dòng)目標(biāo)航天器上[7]。在目標(biāo)航天器與現(xiàn)航天器之間的快速接近與角度修近距離對(duì)接時(shí)的緩沖與精度控制，航天器的自穩(wěn)定柔性電磁連接。

該方案有效增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)接過程中能產(chǎn)生的電磁力，電磁裝置實(shí)物如圖1-2 所示。電磁裝置由帶鐵芯的電磁體和底板組成，系統(tǒng)單側(cè)裝置中含有 1 個(gè)大直徑的主電磁線圈和 4 個(gè)對(duì)稱布置的輔助電磁線圈[8]。裝置工作時(shí)由主電磁線圈和輔助電磁線圈共同產(chǎn)生電磁力，同時(shí)通過調(diào)整輔助電磁線圈產(chǎn)生的力可以調(diào)整兩個(gè)方向上的控制力矩，以滿足小衛(wèi)星近距離對(duì)接的要求。通過地面樣機(jī)測(cè)試驗(yàn)證了該電磁對(duì)接/分離方案的可行性及性能上的優(yōu)越性。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2734356