面向航天器對(duì)接接口的高溫超導(dǎo)磁通釘扎連接技術(shù)研究.pdf

1、為了更好地探索和利用空間環(huán)境，需要在太空中搭建大型甚至巨型航天器。由于現(xiàn)有運(yùn)載工具的運(yùn)載能力有限，一次性將大型航天器發(fā)射升空比較困難，目前常采用的方式是在軌裝配和交會(huì)對(duì)接，模塊化設(shè)計(jì)后將分離模塊分批分時(shí)發(fā)射升空，然后在太空中進(jìn)行組裝。但目前常用的幾種組裝形式在使用中也存在著一定的問題，諸如手工勞動(dòng)強(qiáng)度大和機(jī)器人控制復(fù)雜的不足及航天器對(duì)接導(dǎo)航制導(dǎo)控制精度要求較高等，因此尋求一種航天器模塊間的新型接口形式對(duì)于未來深空探測(cè)領(lǐng)域具有實(shí)用價(jià)值。<

2、br>　　高溫超導(dǎo)材料的磁懸浮特性為模塊航天器接口設(shè)計(jì)提供了新的思考空間，本文將高溫超導(dǎo)體的磁通釘扎效應(yīng)應(yīng)用到大型航天器設(shè)計(jì)中，提出了一種非接觸式連接的超導(dǎo)磁通釘扎接口形式，該接口可實(shí)現(xiàn)航天器模塊間的穩(wěn)定連接。
　　本文在Kordyuk凍結(jié)鏡像模型的基礎(chǔ)上，考慮高溫超導(dǎo)體材料性能對(duì)捕獲磁場(chǎng)能力的影響，引入了捕獲磁場(chǎng)系數(shù)，建立了凍結(jié)鏡像修正模型。并基于該模型研究了高溫超導(dǎo)體和磁體間的作用力、高溫超導(dǎo)體和磁體間的連接剛度、以及高溫超導(dǎo)

3、體的釘扎有效作用范圍的變化規(guī)律。利用凍結(jié)鏡像修正模型解釋了釘扎連接作用力的磁滯特性，深入分析了磁滯特性和場(chǎng)冷高度的關(guān)系。研究了捕獲磁場(chǎng)系數(shù)和場(chǎng)冷高度的關(guān)系、優(yōu)選了高溫超導(dǎo)體和電磁鐵配對(duì)時(shí)的尺寸參數(shù)。
　　基于凍結(jié)鏡像修正模型和C-W方程，建立了釘扎航天器模塊交會(huì)對(duì)接的軌道動(dòng)力學(xué)模型。采用數(shù)值計(jì)算的方式仿真計(jì)算了釘扎航天器模塊交會(huì)對(duì)接過程的時(shí)間響應(yīng)，分析了高溫超導(dǎo)磁通釘扎效應(yīng)實(shí)現(xiàn)航天器模塊交會(huì)對(duì)接的可行性，研究了釘扎對(duì)接接口的設(shè)計(jì)參

4、數(shù)對(duì)時(shí)間響應(yīng)的影響。
　　分析了高溫超導(dǎo)磁通釘扎效應(yīng)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接的原理，設(shè)計(jì)了基于此效應(yīng)的釘扎對(duì)接接口及利用該接口的釘扎可重構(gòu)結(jié)構(gòu)。在分析釘扎對(duì)接接口的各組成部分及其功能的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接及重構(gòu)變形的控制策略。探討了釘扎對(duì)接接口的可控性，分析了電流方向和大小對(duì)該對(duì)接接口作用力的影響。研究中將PD（Proportion and Differentiation）控制施加在釘扎對(duì)接接口上，獲得了有無控制下交會(huì)對(duì)接的時(shí)間響應(yīng)，分