空间非磁化金属体的近距离无接触式减旋机构研究

发布时间：2021-10-12 01:58

　　随着人类航天事业的进步,太空中许多任务会需要非合作目标的抓捕技术。例如对卫星进行燃料补充,对未入轨卫星的辅助入轨,废弃卫星和空间碎片捕捉销毁等。实施在轨捕获的前提是要首先使目标停止旋转,因此安全可靠的减旋技术非常关键。当空间目标旋转的速度过快时,直接应用接触式减旋机构来捕捉碎片会发生碰撞,可能会导致减旋机构的损坏。与传统的机械接触式减旋技术相比,无接触式减旋技术具有可靠性高、无摩擦和磨损、易于控制等特点。基于太空环境的特殊性,并结合空间金属体的运动特点,本文提出一种近距离无接触式的减旋机构,并对其工作机理、运行特性以及结构对比分析进行探索,并结合了集肤效应与涡流损耗的分析,得到最佳的减旋机构参数与结构。本文首先探究了减旋机构的工作原理并对电磁线圈的基本结构做出选择,通过有限元仿真对比的方法确定了减旋机构的基本结构;基于已确定的电磁线圈模型构造激励磁场与涡流力矩的数学模型,并结合集肤效应的影响使涡流力矩的数学模型精确化。探究了减旋机构的结构参数影响,主要是减旋机构中电磁线圈的半径、安匝数、减旋机构与目标碎片的作用距离对减旋效果的影响;通过解析法的方法确定减旋机构的最佳参数,并通过有限元仿... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

柔性减速刷减旋仿真图[11]

学建模，包括对单元动能、单元内能的数学建模和对动力学方程与碰撞动力学的归纳。经过数学建模和归纳后可将减速刷与目标的碰撞看作是绳索与体之间的碰撞，并等效为非线性弹簧阻尼模型。弹性力的方向与碰撞体相互嵌入的方向相反，且始终是压力，非线性阻尼力的方向与碰撞体相对运动速度的方向相反[11]，从而达到减旋的效果。对模型空间动力学建模后进行了动力学仿真，探究了减速刷长度、减速刷倾斜角、长度与倾斜角混合对减旋效果的影响，得出了减速刷的最佳长度与减速刷最佳倾斜角等一系列重要结论，减速刷倾斜角的示意图如图1-2所示。这些结论为后续减速刷减旋的探究提供了重要的理论与仿真基矗图1-2减速倾斜角实际效果[11]减速刷减旋具有原理简单、易于实现等优点，但是其使用范围较小，不适用于复杂转动或者快速转动的目标体，易损坏减速刷。对于减速刷的最佳值在0.25m，减旋装置的机械臂与目标体较近，容易因特殊情况发生碰撞，需要进一步完善其工作原理与实际设计方案。（2）绳网捕获减旋哈尔滨工业大学刘昊等提出了关于绳网捕获的减旋办法[12]。课题是对空间绳网捕获目标后的碰撞做了分析，完成对绳网捕获方案动力学的建模与分析，给出了具体的减旋机构与目标碎片的参数并仿真，解决了绳网系统捕获目标后减旋难题。绳网捕获减旋结构示意图如图1-3所示，大致过程如下：当确定待捕捉目标时，绳网捕获减旋机构会将绳网展开，并使捕获目标陷入绳网中，最后通过收口装置实现收口完成捕获。在仿真前进行了理论分析，首先提出了动力学的建模与分析，包括绳索动力学、充气梁弯曲等效分析、碰撞动力学的数学建模；其次是对目标体的考量，目标的大小必须在绳网可捕获的范围内，需要计算出捕获目标的包络参数，以保证绳网可以顺利收口。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-实验[17]。如图1-4所示。图1-4减旋机构实验平台[17]西北工业大学周凤岐针对由于机械手与目标的碰撞而使得目标位置相对于机械手发生改变的情况做了一些研究[18]。图1-5捕获区域的包络[18]图1-6捕获区域在XOZ面的投影[18]


本文编号：3431667