CN109637326B - 模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟空间自由目标的磁力作用绳限位目标装置，本发明具体涉及一种在空间微型装置中模拟较大质量自由目标的磁力作用绳限位目标装置。该装置主要包括磁屏蔽壳、自由目标、侧磁铁对、上下磁铁对、后磁铁对、系绳、系绳调节组件。黏附爪在空间黏捕目标时需对目标被黏附面施加预压力，完成黏附。为使目标被黏附时处于不受除黏附爪之外的接触力作用的自由状态，采用磁斥力提供预压目标时所需的反向抵抗力。发射阶段目标的压紧采用两圆柱销与支撑面定位并用黏附爪压紧实现。空间试验前目标的释放采用黏附力及磁斥力的共同作用实现。目标黏附预压时的自由状态通过不锈钢细丝的拉力与磁斥力共同实现。

Description

模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置

技术领域

本发明涉及一种模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置。

背景技术

近年来，随着航天器使用数量的增加，开展失效卫星的维修、零件回收和空间碎片清除等成为研究热点。传统的空间目标捕获方式包括机械臂抓取、网包络等。使用以上附着手段，需要事先获知目标结构、运动特性，然而废弃卫星、火箭箭体及空间碎片等是结构未知、运动特性未知的非合作目标。传统的附着手段难以实现对空间非合作目标的附着。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置。

为解决上述问题，本发明提供一种模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，主要包括：磁屏蔽壳、自由目标、侧磁铁对、上下磁铁对、后磁铁对、系绳和系绳调节组件；自由目标用于模拟空间黏脱附试验中处于自由状态的较大质量的空间目标；自由目标上、下、两侧及后面分别设置有上下磁铁对、侧磁铁对及后磁铁对；系绳系在磁屏蔽壳后内壁上的系绳调节组件上。

进一步的，在上述模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置中，还包括定位销、聚氨酯垫片，所述磁屏蔽壳后壁上设置有销孔，自由目标后壁设置有垂直于此后壁的定位销。目标后磁铁上与磁屏蔽壳的后磁铁相对的一面上采用胶接剂粘有1mm厚的聚氨酯垫片；在发射阶段，为固定目标，使用外部装置压紧目标使聚氨酯垫片紧贴于磁屏蔽壳的后磁铁上。为完全限制目标位置，采用两个定位销及聚氨酯垫片提供的支点定位。定位销与销孔为间隙配合。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，采用系绳牵拉目标以抵消后磁铁对的磁斥力。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，还包括组成系绳调节组件的从磁屏蔽壳后内壁拧入的螺钉和螺钉头部上的系绳钎焊点。其中使用钎焊将钢丝固定于螺钉头部是为防止系绳在螺钉上窜动。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，所述螺钉的末端各设置有一字形槽，以方便在磁屏蔽壳外部调节目标前后位置。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，采用螺母配合磁屏蔽壳上的螺纹构成双螺母防松结构背紧所有螺钉。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，黏附装置进入轨道进行试验时，外部装置将目标黏附后拉。而后，目标上的定位销从所述磁屏蔽壳上的销孔中脱出。外部装置继续向后移动，将系于目标上的四条系绳拉紧，直至目标脱附，目标状态由被压紧转换至自由漂浮状态。

进一步的，在上述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，所述侧磁铁对、上下磁铁对、后磁铁对中，每对磁铁的距离可由调位垫片调整。

与现有技术相比，本发明的目标装置优点在于：第一，本发明可在体积很小的试验装置内以较小的质量模拟出较大质量目标的惯性力；第二，可以在黏附目标时使目标处于只受黏附爪接触力的自由状态；第三，以简易的结构实现对目标在发射时的压紧和空间试验时的释放。

附图说明

图1是本发明一实施例的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置的待黏附状态前视图；

图2是本发明一实施例的的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置的待黏附状态剖视图；

图3是本发明一实施例的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置的压紧状态剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～3所示，本发明提供一种在空间微型装置中模拟较大质量自由目标的磁力作用绳限位目标装置，旨在在一个微型试验装置内，通过磁斥力的磁力作用最大程度模拟空间较大质量的处于自由状态的目标，并且提供目标黏附复位时的动力。一种模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，主要包括：磁屏蔽壳1、自由目标2、侧磁铁对3、上下磁铁对4、后磁铁对5、系绳6和系绳调节组件14。系绳调节组件14又包括螺钉9和螺母10。自由目标2用于模拟空间黏脱附试验中处于自由状态的较大质量的空间目标。自由目标2为长方体。其上、下、两侧及后面分别设置有上下磁铁对4、侧磁铁对3及后磁铁对5。系绳6系在磁屏蔽壳1后内壁上的系绳调节组件14上。目标的限位通过系绳6牵拉实现。

基于范德华力的干黏附技术，通过对目标物体表面进行黏附实现对目标的捕获，克服了传统捕获方式操控适应性差、精细操控能力不足等困难。为在资源有限的载体卫星上进一步研究干黏附技术，本发明提出了一种用于模拟空间自由目标的磁悬浮绳限位装置。还包括定位销、聚氨酯垫片，所述磁屏蔽壳后壁上设置有销孔，自由目标后壁设置有垂直于此后壁的定位销。目标后磁铁上与磁屏蔽壳的后磁铁相对的一面上采用胶接剂粘有1mm厚的聚氨酯垫片；在发射阶段，为固定目标，使用外部装置压紧目标使聚氨酯垫片紧贴于磁屏蔽壳的后磁铁上。为完全限制目标位置，采用两个定位销及聚氨酯垫片提供的支点定位。定位销与销孔为间隙配合。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，还包括定位销7、聚氨酯垫片8，所述磁屏蔽壳1上设置有销孔，其中，在发射阶段，为固定目标，使用外部黏附装置压紧目标使聚氨酯垫片紧贴于磁屏蔽壳的后磁铁上。目标后磁铁上与磁屏蔽壳1的后磁铁相对的一面上采用胶接剂粘有1mm厚的聚氨酯垫片8；为完全限制目标位置并将之固定，采用两个定位销7及聚氨酯垫片8提供的支承面定位，定位销7与销孔为间隙配合，所述定位销7固定于目标2上；在发射阶段，定位销7插于磁屏蔽壳1的销孔中，并在黏附爪压力下插于销孔中，直到目标后磁铁5上的聚氨酯垫片8与磁屏蔽壳1的后磁铁对5接触。

在此，为切实达到本实验装置设计目的，实现预期的空间试验效果，首先以试验需求为导向，结合技术实际，界定本实验所需要的自由状态为：被黏附时的接触力只来自黏附爪。

目标后磁铁5上粘有聚氨酯垫片8，既可限制两后磁铁的最小距离，避开两磁铁间形成较大磁斥力的距离范围，减少两磁铁退磁，也使压紧方便可行，还可保护后磁铁对5，减少后磁铁对5黏附预压时遭撞击损坏的概率。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，还包括不锈钢细丝6，其中，采用不锈钢细丝6牵拉目标2抵消磁斥力。

在此，为使目标2在被黏附时处于不受黏附爪之外接触力的接触力的自由状态，同时为黏附预压力的形成提供条件，采用磁铁产生磁斥力这一非接触力提供预压力的反向抵抗力。在目标处于待黏附状态时，需要提供目标用以平衡前述磁斥力的抵抗力。采用不锈钢细丝6牵拉目标抵消前述磁斥力。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，还包括钎焊的钢丝扣15和从磁屏蔽壳1后板内壁拧入的螺钉9，其中，采用从磁屏蔽壳1后板内壁拧入的螺钉9固定不锈钢细丝6的另一端，所述不锈钢细丝6系于螺钉9的头部，为防止不锈钢细丝在螺钉9上窜动，使用钎焊钢丝扣15进一步固定于螺钉头部。采用固定螺钉12将后磁铁固定于磁屏蔽壳1上，并用锁紧螺母13锁紧。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，所述螺钉9的末端各设置有一字形槽。

在此，为方便调节目标在待黏附时的前后位姿，在螺钉9末端各加工一个一字形槽，从而可用螺丝刀从目标装置之外调试目标2的位姿。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，采用螺母10配合屏蔽壳上的螺纹构成双螺母防松结构背紧所述螺钉。

在此，调试好目标位姿后，为使螺钉牢固锁定于此位置且使所有螺钉防松，所有螺钉均采用螺母10配合屏蔽壳上的螺纹构成双螺母防松结构背紧此螺钉9，并且在调试好后均采用胶接剂永久防松。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，黏附装置进入轨道进行试验时，外部黏附装置后移，目标2在磁斥力作用和黏附力作用下向后移动，而后，目标2上的定位销7从所述磁屏蔽壳1上的销孔中脱出，所述黏附爪继续向后移动，将系于目标2上的四条不锈钢细丝6拉紧，所述外部黏附装置继续向后移动，直至目标脱附，目标状态由被压紧转换至自由漂浮。

在此，如上所述，目标的压紧及释放巧妙利用了装置的必要结构，既使结构简单、可靠性高，又完全满足力学环境及自由状态要求。

本发明的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置一实施例中，所述侧磁铁对3、上下磁铁对4、后磁铁对5中，每对磁铁的距离由调位垫圈11调整。

在此，为使目标在空间失重环境中趋于目标装置的适当位置，且使目标不接触其他物体，在目标2上下左右方向各采用一对磁铁产生一定磁斥力。每对磁铁的距离可由调位垫片11调整。

下面结合附图及试验全过程，阐述此目标装置具体实施方式。

(1)目标2上的定位销7插于磁屏蔽壳1后壁上的销孔内。定位销7与销孔为间隙配合。发射时，将目标2上的定位销7插于磁屏蔽壳1后壁上的销孔内。而后，外部黏附装置向目标方向移动，使目标上的聚氨酯垫片8紧压在磁屏蔽壳1后磁铁上。此时目标上的后磁铁和磁屏蔽壳1后壁上的后磁铁相距约1mm。

(2)进行空间试验时，外部黏附装置向脱离目标的方向移动。因为，在目标压紧阶段，外部黏附装置上的黏附材料已将目标黏附，所以，外部黏附装置向脱离目标2的方向移动时，目标2上的定位销7在后磁铁对5斥力及黏附力的共同作用下从磁屏蔽壳1后壁上的销孔内脱出。外部黏附装置继续向后移动，将系于目标2上的四条不锈钢丝6拉紧。当黏附面上的脱附应力达到黏附材料脱附应力时，目标即可从黏附爪上脱附下来。此时，目标2即处于试验所需的自由状态。目标2在上下左右后五个方向磁斥力及不锈钢丝6牵拉作用下平衡于待黏附区域。

(3)黏附时，外部黏附装置向前移动，接触并推动目标2继续向前移动一段距离至目标2上的定位销7与磁屏蔽壳1后壁相距1mm时停止。此时，外部黏附装置在理论上已经将目标2黏附。外部黏附装置向后移动，将系于目标2上的四条不锈钢丝6拉紧。外部黏附装置继续向后移动，直至目标2脱附。重复过程(3)，可重新进行黏脱附试验。在此过程中，所述目标2就起到了自由状态目标的作用。

为使目标在空间失重环境中趋于目标装置的适当位置，且使目标2不接触其他物体，在目标2上下左右方向各采用一对磁铁产生一定磁斥力。这样，目标最终可稳定于待黏附区域。每对磁铁的距离可由调位垫片11调整。至于接触力，目标则只受来自钢丝6的拉力。黏附预压时，目标满足试验所需的自由状态，且在黏附预压极限位置时，目标2不会触及除外部黏附装置之外的其他物体。故在黏附预压全过程中，目标2始终处于试验所需的自由状态。

本发明的外部黏附装置在空间黏捕目标时需对目标被黏附面施加预压力，完成黏附。为使目标2被黏附时处于不受除外部黏附装置之外的接触力作用的自由状态，采用磁斥力提供预压目标时所需的反向抵抗力。发射阶段目标2的压紧采用两圆柱销7与支撑面定位并用外部黏附装置压紧实现。空间试验前目标2的释放采用黏附力及磁斥力的共同作用实现。目标2黏附预压时的自由状态通过不锈钢细丝6的拉力与磁斥力共同实现。

本发明的目标装置优点在于：第一，本发明可在体积很小的试验装置内以较小的质量模拟出较大质量目标的惯性力；第二，可以在黏附目标时使目标处于只受黏附爪接触力的自由状态；第三，以简易的结构实现对目标在发射时的压紧和空间试验时的释放。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，主要包括：磁屏蔽壳、自由目标、侧磁铁对、上下磁铁对、后磁铁对、系绳和系绳调节组件；自由目标用于模拟空间黏脱附试验中处于自由状态的较大质量的空间目标；上磁铁对分别设置于自由目标上表面和磁屏蔽壳上内壁，且自由目标上表面的磁铁与磁屏蔽壳上内壁的磁铁相对；下磁铁对分别设置于自由目标下表面和磁屏蔽壳下内壁，且自由目标下表面的磁铁与磁屏蔽壳下内壁的磁铁相对；自由目标左侧表面与磁屏蔽壳左内侧壁之间，以及自由目标右侧表面与磁屏蔽壳右内侧壁之间各设有一侧磁铁对，且自由目标左侧表面的磁铁与磁屏蔽壳左内侧壁上的磁铁相对，自由目标右侧表面的磁铁与磁屏蔽壳右内侧壁上的磁铁相对；

后磁铁对分别设置于自由目标后表面和磁屏蔽壳后内壁，且自由目标后表面的磁铁与磁屏蔽壳后内壁的磁铁相对；自由目标后磁铁与磁屏蔽壳的后磁铁相对的一面上采用胶接剂粘有1mm厚的聚氨酯垫片；

系绳系在磁屏蔽壳后内壁上的系绳调节组件上，采用系绳牵拉目标以抵消后磁铁对的磁斥力；自由目标在上下左右后五个方向磁斥力及系绳牵拉作用下平衡于待黏附区域。

2.如权利要求1所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，还包括定位销、聚氨酯垫片，所述磁屏蔽壳后壁上设置有销孔，自由目标后壁设置有垂直于此后壁的定位销；在发射阶段，为固定目标，使用外部装置压紧目标使聚氨酯垫片紧贴于磁屏蔽壳的后磁铁上；为完全限制目标位置，采用两个定位销及聚氨酯垫片提供的支点定位，定位销与销孔为间隙配合。

3.如权利要求1所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，还包括组成系绳调节组件的从磁屏蔽壳后内壁拧入的螺钉和螺钉头部上的系绳钎焊点，其中使用钎焊将系绳固定于螺钉头部是为防止系绳在螺钉上窜动。

4.如权利要求3所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，所述螺钉的末端各设置有一字形槽，以方便在磁屏蔽壳外部调节目标前后位置。

5.如权利要求3所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，采用螺母配合磁屏蔽壳上的螺纹构成双螺母防松结构背紧所有螺钉。

6.如权利要求5所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，黏附装置进入轨道进行试验时，外部装置将目标黏附后拉；而后，目标上的定位销从所述磁屏蔽壳上的销孔中脱出；外部装置继续向后移动，将系于目标上的四条系绳拉紧，直至目标脱附，目标状态由被压紧转换至自由漂浮状态。

7.如权利要求1所述的模拟自由目标的磁力作用绳限位目标装置，其特征在于，所述侧磁铁对、上下磁铁对、后磁铁对中，每对磁铁的距离由调位垫片调整。

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