[发明专利]基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置及控制方法

说明书

本申请涉及一种基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置和控制方法。所述装置包括由第一端直螺线管、第二端直螺线管、底部直螺线管构成的U形电磁螺线管，底部直螺线管的两端通过两个铁芯倒角分别连接第一端直螺线管和第二端直螺线管，U形电磁螺线管的两个端面位于装置的对接面上。第一端直螺线管和第二端直螺线管的线圈厚度和铁芯半径，根据预设的微纳航天器参数和预设磁力需求上限确定；微纳航天器参数包括，质量上限、尺寸上限和功率上限。底部直螺线管的长度根据预设的微纳航天器参数和预设磁场作用距离下限确定。上述装置满足微纳航天器应用约束条件，充分利用螺线管两端磁力增大对接装置磁力，还能避免漏磁对航天器电子环境的干扰。

技术领域

本申请涉及微纳航天器对接技术领域，特别是涉及一种基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置及控制方法。

背景技术

随着MEMS、航天器、在轨操控等技术以及商业航天迅猛发展，微纳航天器在轨应用前景广阔；此外，基于微纳航天器在轨组装形成超大型航天机构正成为航天发展新模式，在2020年中国航天大会上被列为宇航领域十大科学问题和技术难题之一。然而，限于质量、体积、功耗及星上处理能力等限制，微纳航天器之间组装、微纳航天器与母航天器对接等都需考虑微纳航天器的相关约束。

航天器电磁对接技术具有不消耗推进剂、无羽流污染、连续/可逆/同步控制等能力，近十余年来已经建立了相关动力学模型、构建了部分测试装置、开展了初步地面试验。然而，目前的电磁对接装置基本采用直螺线管阵列模式，仅利用直螺线管一端的磁场，并且螺线管周围存在的漏磁会对航天器上的电子设备产生一定干扰。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够充分利用螺线管磁场、适应微纳航天器应用环境限制的一种基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置及控制方法。

一种基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置，包括一个以上的U形电磁螺线管。U形电磁螺线管包括第一端直螺线管、第二端直螺线管、底部直螺线管，底部直螺线管的两端通过两个铁芯倒角分别连接第一端直螺线管和第二端直螺线管，U形电磁螺线管的两个端面位于微型自主电磁对接装置的对接面上。

第一端直螺线管和第二端直螺线管的线圈厚度和铁芯半径是根据预设的微纳航天器参数和预设磁力需求上限确定；微纳航天器参数包括，质量上限、尺寸上限和功率上限。

底部直螺线管的长度根据预设的微纳航天器参数和预设磁场作用距离下限确定。

其中一个实施例中，第一端直螺线管和第二端直螺线管的结构相同，两个铁芯倒角的结构相同。

其中一个实施例中，U形电磁螺线管的数量为3个，U形电磁螺线管的设置方向相同，U形电磁螺线管构成等腰三角形，等腰三角形的底边的2个U形电磁螺线管的底部直螺线管的中轴位于同一条直线上，等腰三角形的底边长大于U形电磁螺线管的宽度的两倍，等腰三角形的高满足：

其中，h为等腰三角形的高，2l₁为U形电磁螺线管的宽度，l₂为等腰三角形的底边长。

一种基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接控制方法，第一装置为上述任意一个实施例提供的基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置，第二装置为上述任意个实施例提供的基于U形电磁螺线管的微型自主电磁对接装置，所述方法包括：

根据预设的磁极排列方式对第一装置的U形电磁螺线管上电。

反转该磁极排列方式的磁极得到反转磁极排列方式，根据反转磁极排列方式对第二装置的U形电磁螺线管上电。

其中一个实施例中，预设的磁极排列方式为：第一装置的U形电磁螺线管的第一端直螺线管的磁极为N级。