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微納衛(wèi)星電磁連接及分離機(jī)構(gòu)的研究

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,提高對接過程的容錯(cuò)率。本文針對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;诘刃щ娏髂P颓蠼庥来朋w在空間中產(chǎn)生的磁場分布,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)星模塊對接精度。針對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)動學(xué)模型,完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(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)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:V423
【圖文】:

自穩(wěn)定,對接系統(tǒng),電磁,柔性


圖 1-1 所示。系統(tǒng)整體被分為主動目標(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。

分離裝置,電磁,實(shí)物,電磁線圈


該方案有效增強(qiáng)了系統(tǒng)對接過程中能產(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)星近距離對接的要求。通過地面樣機(jī)測試驗(yàn)證了該電磁對接/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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1 袁召;喻新林;魏曉光;張寧;何俊佳;潘垣;;線圈型電磁斥力機(jī)構(gòu)綜合優(yōu)化[J];高電壓技術(shù);2015年12期

2 郭敬;孔凡超;胡旭坤;;空間發(fā)動機(jī)羽流研究技術(shù)發(fā)展綜述[J];火箭推進(jìn);2014年06期

3 張?jiān)?楊樂平;朱彥偉;任仙海;;空間電磁對接的魯棒協(xié)調(diào)控制[J];國防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

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1 張淳;衛(wèi)星電磁編隊(duì)飛行動力學(xué)與控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 張?jiān)?空間電磁對接/分離動力學(xué)與控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

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1 石珂珂;微小衛(wèi)星的電磁對接動力學(xué)與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 原永亮;空間合作柔性電磁對接技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2015年

3 戚大偉;面向空間對接的電磁裝置設(shè)計(jì)及控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

4 張強(qiáng);柔性自穩(wěn)定空間電磁對接系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 王龍;空間電磁對接動力學(xué)和控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

6 許軍校;面向空間對接的電磁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年



本文編號:2734356

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