关键词：微纳卫星;;电磁连接;;电磁分离;;电磁特性
摘 要：微纳卫星电磁连接及分离机构具有无燃料消耗、低连接冲击、无羽流污染、功耗低、机构自重轻等优点,同时具有同步、连续、可逆的非接触控制能力,可实现航天器的柔性连接。在电磁机构的基础上辅以永磁体机构,利用永磁体的吸力特性实现无功耗稳定连接,并降低渐进过程中的精度要求及能耗,提高对接过程的容错率。本文针对这种将永磁体连接机构和电磁分离及转位机构相结合的微纳卫星连接及分离机构进行研究:根据微纳卫星电磁连接及分离机构的功能预期,结合标准异构模块化微纳卫星的结构特点,提出总体结构方案及功能实现方法。明确机构内各组成部分的功能,并利用立方体卫星对称性以合理布置机构位置,使卫星通过所设计的连接及分离机构可实现任意两个面的静态连接、分离及转位功能。针对机构中的执行器即线圈-永磁体式电磁机构进行理论分析。基于等效电流模型求解永磁体在空间中产生的磁场分布,利用洛伦兹力计算式并引入等效电流层求得电磁机构受力表达式。结合有限元仿真结果验证理论解析的正确性,为进一步优化电磁机构提供理论基础。针对其中的永磁体连接机构进行研究,明确永磁体连接机构的功能及设计思路,提出多种不同充磁方式的框架内嵌永磁体并比较其吸力特性及磁场影响,结合卫星模块分离及转位机构的功能预期对其进行优化改进,得到永磁体连接机构的设计规律,根据设计要求完成永磁体连接机构的优化设计,并利用永磁体自身特性提高卫星模块对接精度。针对其中的电磁分离及转位机构进行研究,明确其功能及设计思路,提出多种电磁机构结构方案并对比优选斥力自重比较大的方案。利用有限元仿真并结合理论解析所得设计规律,完成电磁机构尺寸参数的理论优化,分析电磁机构工作产生的磁场影响并设计屏蔽措施,最终完成电磁分离及转位机构的整体优化设计。完成微纳卫星电磁连接及分离机构的实验研究。根据电磁力特性及运动学模型,完成机构的运动学分析。结合之前完成的永磁体连接机构及电磁分离及转位机构的优化设计,完成实验样机的设计加工与装配。利用样机完成电磁机构静态斥力测试及整体机构的静态连接、分离与转位的功能验证。
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