[發明專利]一種基于機械鎖緊、電磁解鎖的空間電磁對接機構

有效

• 申請號: 202110850603.0
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113562204B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 韓潤奇;王波;莊原;王耀兵;李偉杰;馬帥;孔寧;朱佳林;孫國鵬
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部;北京科技大學
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明公開了一種基于機械鎖緊、電磁解鎖的空間電磁對接機構，涉及航天器空間在軌對接技術領域，包括：服務端與目標端，二者在電磁力作用下通過軸孔配合實現柔性對接與可控分離，二者之間通過鎖珠式鎖緊器實現機械鎖定；本發明的空間電磁對接機構是一種可重復使用的弱撞擊對接機構：基于電磁線圈相互作用，實現了捕獲、導向、校正和拉近功能以及機構的可靠解鎖和分離，利用鎖珠式鎖緊器實現了對接機構的可靠鎖定，從而保證了該空間電磁對接機構迅速作動與重復使用功能。

技術領域

本發明涉及航天器空間在軌對接技術領域，具體涉及一種基于機械鎖緊、電磁解鎖的空間電磁對接機構。

背景技術

空間交會對接，是載人航天、貨運飛船及空間站建設等在軌運行期間不可缺少的操作活動。同時，也是實現在軌裝配、補給和維修服務等空間操作的先決條件。飛行器在軌交會對接是一項十分復雜的高難度航天技術，涉及航天器在軌姿態控制及應用技術等多學科技術領域。

隨著航天器復雜化、精密化和多功能化發展，傳統空間交會對接機構在對接過程末段基于慣性進行剛性碰撞式硬對接，所產生的較大沖擊力對精密儀器設備安全造成影響。傳統航天器依靠化學燃料提供動能進行對接過程的位姿控制，存在羽流污染易損害鄰近的光學儀器和敏感器件，并受推進劑容量限制，不利于多次重復高效對接與節能低污染。此外，傳統對接機構較為復雜，對接、鎖緊、解鎖、分離難以一體化設計實現，重復鎖緊與解鎖需要額外的驅動源，難以實現輕量化與低功耗，不利于長壽命高可靠使用，如專利CN201710581200.4公開的可重復實現鎖緊/解鎖的空間對接機構定位鎖，需要通過布置其內的電機正反轉帶動滾珠絲杠、滑塊、齒輪機構運動而實現鎖緊和解鎖功能，結構與操作均較為復雜。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于機械鎖緊、電磁解鎖的空間電磁對接機構，通過電磁作用力實現柔性對接與可控分離，通過鎖珠式鎖緊器實現可靠鎖定，具有低沖擊、無羽流污染、結構簡單、輕量化、低功耗的特點。

本發明的技術方案為：一種基于機械鎖緊、電磁解鎖的空間電磁對接機構，包括：服務端與目標端，二者在電磁力作用下通過軸孔配合實現柔性對接與可控分離，二者之間通過鎖珠式鎖緊器實現機械鎖定。

優選地，所述服務端包括：服務衛星、服務端底座、鎖緊桿、服務端中心線圈和導向錐桿；所述目標端包括：目標衛星、目標端底座、機械鎖緊電磁解鎖組件和目標端中心線圈；

所述服務端底座一端固定連接在服務衛星的結構板上，另一端端面上設有一個以上鎖緊桿和一個以上導向錐桿；鎖緊桿和導向錐桿所在端的服務端底座中心設有安裝孔，服務端中心線圈設置在安裝孔的前端內壁面上；

所述目標端底座的一端與目標衛星的前艙板固定連接，另一端安裝有機械鎖緊電磁解鎖組件，用于與鎖緊桿形成所述鎖珠式鎖緊器，實現對接鎖定；目標端底座的機械鎖緊電磁解鎖組件所在端設有一個中心孔和一個以上導向錐孔，導向錐桿與導向錐孔軸孔配合，為服務端與目標端對接導向；目標端中心線圈固定在中心孔的前端內壁面上，在通電的情況下，目標端中心線圈與服務端中心線圈在電磁力的作用下吸合，帶動服務端的前端面與目標端的前端面接觸配合。

優選地，所述鎖緊桿和導向錐桿與服務端底座之間一體成形或分別加工裝配。

優選地，所述機械鎖緊電磁解鎖組件包括：鎖緊器外殼、解鎖線圈、鎖緊珠、壓板、壓板彈簧、導套、鎖緊器內筒和緩沖彈簧；

所述鎖緊器外殼為一端端部設有軸肩的圓筒結構，其設有軸肩的一端固定在目標衛星上，另一端位于目標端底座的通孔中，且鎖緊器外殼該端設有與其自身中心通孔同軸的導向錐孔，用于為鎖緊桿導向；鎖緊器外殼的軸肩所在端同軸擴充有階梯通孔，階梯通孔的小端孔徑大于鎖緊器外殼中心通孔孔徑，且階梯通孔的小端通過錐形通孔與中心通孔連通；

所述導套為兩端開口的圓筒結構，其同軸設置在階梯通孔中，導套的后端固定在目標衛星上，前端的外圓周面上同軸套裝有環形的壓板；壓板的軸向后端通過壓板彈簧固定在目標衛星上；