一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置

1.本发明涉及航天设备技术领域，尤其涉及一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置。


背景技术：

2.近年来，许多小型及微纳卫星为应对空间任务的多元化复杂化发展，提出“模块设计，在轨成型，按需应用”的设计概念，使航天器能够在轨组装、补加更换、扩展升级。该微纳卫星在轨组合的方法，通过模块化可重构的方式，将数颗微纳卫星对接组合成为具有不同工作形态的航天器平台。在轨组合微纳卫星的应用，将大大减少研制所用时间与成本，降低航天器结构复杂度，提高任务执行多元与灵活性，也为减少在轨失效航天器提供了方案。
3.在轨组合对微纳卫星提出了多体组合、灵活变构的要求，以完成复杂的空间任务和科研目标，因此，卫星间的连接方法将是其中尤为重要的部分。
4.但是现有用于微纳卫星的对接装置很不成熟，对接装置体积较大，且其对接锁紧或解锁的可靠性较差，无法多次重复快速对接分离，无法满足复杂灵活多变任务的需求。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.本发明的目的是为了解决现有技术中对接装置很不成熟，对接装置体积较大，且其对接锁紧或解锁的可靠性较差，无法多次重复快速对接分离的问题，而提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置。
7.2.技术方案
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，包括后板和对接环，所述后板靠近对接环的一侧螺纹插设有螺杆，所述螺杆的一端与对接环固定连接，所述螺杆上滑动套接有铁盘，所述铁盘与后板之间设有后盖，所述后盖上设有与螺杆对应的螺纹口，所述对接环远离后板的一侧固定连接有电磁铁；
10.所述螺杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与铁盘和对接环相抵，所述后盖内插设有碟簧，所述碟簧的两端分别与后盖和铁盘固定连接；
11.所述后板的四周通过销轴转动连接有多个连接块，所述连接块远离后板的一端滑动连接有钩爪，所述钩爪上固定连接有连接轴，所述后板上设有与连接轴对应的弧形导槽，所述连接轴的两端均转动连接有摇杆，所述摇杆远离连接轴的一端转动通过转轴连接有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆远离连接轴的一端与对接环转动连接，所述第二连杆与铁盘转动连接。
12.优选地，所述对接环靠近电磁铁的一侧环绕设有多个外翻板，所述外翻板和对接环上均设有与钩爪对应的凹槽。
13.优选地，所述连接块上设有与钩爪对应的导向槽。
14.优选地，所述后板呈中空设置。
15.优选地，所述对接环的四周环绕设有与第一连杆对应的第一转动槽。
16.优选地，所述铁盘的四周环绕设有与第二连杆对应的第二转动槽。
17.优选地，所述后板远离对接环的一侧设有多个紧固口。
18.3.有益效果
19.相比于现有技术，本发明的优点在于：
20.(1)本发明中，对接装置结构简单、无羽流污染、弱撞击等优点，解决空间科研及作战任务流程长响应慢等问题，可以实现在轨多次重复快速对接分离的功能，满足具有时效性的复杂灵活多变任务需求。
21.(2)本发明中，对接装置具有模块化轻量型的特点，通过多次发射入轨的不同模块具有相同的机械接口；对接具有可重复性，满足其多次对接的要求，其锁紧与解锁应具有较高的可靠性。
22.(3)本发明中，对接装置采用简单的形状与结构；对接后可以提供足够锁紧力以保证惯性特性及定位精度，使其上姿控系统、光学仪器等不会因此产生较大误差。
附图说明
23.图1为本发明提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置的对接结构示意图；
24.图2为本发明提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置的立体结构示意图；
25.图3为本发明提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置的爆炸结构示意图；
26.图4为本发明提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置中钩爪结构示意图；
27.图5为本发明提出的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置中后板结构示意图。
28.图中：1后板、2对接环、3螺杆、4铁盘、5后盖、6电磁铁、7弹簧、8碟簧、9销轴、10连接块、11钩爪、12连接轴、13弧形导槽、14摇杆、15转轴、16第一连杆、17第二连杆、18外翻板。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.实施例1：
31.参照图1-5，一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，包括后板1和对接环2，后板1呈中空设置，后板1远离对接环2的一侧设有多个紧固口，对接环2用于两星对接过程中的导向和限位，后板1靠近对接环2的一侧螺纹插设有螺杆3，螺杆3的一端与对接环2固定连接；
32.本发明中，螺杆3上滑动套接有铁盘4，铁盘4与后板1之间设有后盖5，后盖5上设有与螺杆3对应的螺纹口，对接环2远离后板1的一侧固定连接有电磁铁6；
33.本发明中，螺杆3上套设有弹簧7，弹簧7的两端分别与铁盘4和对接环2相抵，后盖5内插设有碟簧8，碟簧8的两端分别与后盖5和铁盘4固定连接，对接完成后，钩爪11挤压后盖5，使碟簧8压缩施加预紧力；
34.本发明中，后板1的四周通过销轴9转动连接有多个连接块10，连接块10远离后板1的一端滑动连接有钩爪11，用于抱住后盖5，连接块10上设有与钩爪11对应的导向槽，对接环2靠近电磁铁6的一侧环绕设有多个外翻板18，用于产生导引作用，校正两卫星相对位移与角度偏差，外翻板18和对接环2上均设有与钩爪11对应的凹槽；
35.本发明中，钩爪11上固定连接有连接轴12，后板1上设有与连接轴12对应的弧形导槽13，连接轴12的两端均转动连接有摇杆14，摇杆14远离连接轴12的一端转动通过转轴15连接有第一连杆16和第二连杆17；
36.本发明中，对接环2的四周环绕设有与第一连杆16对应的第一转动槽，铁盘4的四周环绕设有与第二连杆17对应的第二转动槽，第一连杆16远离连接轴12的一端与对接环2转动连接，第二连杆17与铁盘4转动连接。
37.本发明中，两卫星在传统推进手段或惯性作用下运动到对接位置，此时电磁装置未通电，两卫星间无吸引力且钩爪处于初始抱合状态。
38.在到达的对接有效位置后，电磁装置通电，此时两卫星间产生使其相互吸引的电磁力，同时铁盘4分别被两卫星的电磁铁6吸引，带动连杆机构将钩爪11打开，对接过程开始。
39.接着电磁装置持续通电，由于初始状态位置与姿态的微小偏差，两对接环2的外翻板18部分接触并产生导引作用，校正两卫星相对位移与角度偏差。
40.在对接持续过程中，如遇对接速度过快的情况，为避免对接冲击过大而对电磁对接装置及微纳卫星产生机械损害，可通过将其中一端的电磁装置反向通电的方式获得相反的电磁推力，反向加速以减小对接速度，至距离较近时再正向通电令两卫星吸附。
41.贴合后开始锁定操作，电磁装置减小电流，铁盘4在弹簧7作用下被拉回，同时带动连杆机构将钩爪11抱合，由于连杆机构中弧形导槽13的限制，钩爪11抱合后将继续向回收缩，直至钩住后盖5并在碟簧8上施加预紧力，此时连杆机构处于自锁位置，对接及锁紧完成，两卫星可视为一个整体，并进行任务操作。
42.解锁及分离的方式与对接过程基本相同，首先电磁装置通电使两卫星相互吸引以便钩爪11解锁，钩爪11在铁盘4及连杆机构的作用下张开，然后其中一端的电磁装置反向通电，提供电磁斥力将两卫星推开，而后电磁装置断电，两卫星各自完成各自任务或进行另外的对。
43.本发明中，对接装置结构简单、无羽流污染、弱撞击等优点，解决空间科研及作战任务流程长响应慢等问题，可以实现在轨多次重复快速对接分离的功能，满足具有时效性的复杂灵活多变任务需求。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，包括后板(1)和对接环(2)，其特征在于，所述后板(1)靠近对接环(2)的一侧螺纹插设有螺杆(3)，所述螺杆(3)的一端与对接环(2)固定连接，所述螺杆(3)上滑动套接有铁盘(4)，所述铁盘(4)与后板(1)之间设有后盖(5)，所述后盖(5)上设有与螺杆(3)对应的螺纹口，所述对接环(2)远离后板(1)的一侧固定连接有电磁铁(6)；所述螺杆(3)上套设有弹簧(7)，所述弹簧(7)的两端分别与铁盘(4)和对接环(2)相抵，所述后盖(5)内插设有碟簧(8)，所述碟簧(8)的两端分别与后盖(5)和铁盘(4)固定连接；所述后板(1)的四周通过销轴(9)转动连接有多个连接块(10)，所述连接块(10)远离后板(1)的一端滑动连接有钩爪(11)，所述钩爪(11)上固定连接有连接轴(12)，所述后板(1)上设有与连接轴(12)对应的弧形导槽(13)，所述连接轴(12)的两端均转动连接有摇杆(14)，所述摇杆(14)远离连接轴(12)的一端转动通过转轴(15)连接有第一连杆(16)和第二连杆(17)，所述第一连杆(16)远离连接轴(12)的一端与对接环(2)转动连接，所述第二连杆(17)与铁盘(4)转动连接。2.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述对接环(2)靠近电磁铁(6)的一侧环绕设有多个外翻板(18)，所述外翻板(18)和对接环(2)上均设有与钩爪(11)对应的凹槽。3.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述连接块(10)上设有与钩爪(11)对应的导向槽。4.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述后板(1)呈中空设置。5.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述对接环(2)的四周环绕设有与第一连杆(16)对应的第一转动槽。6.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述铁盘(4)的四周环绕设有与第二连杆(17)对应的第二转动槽。7.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，其特征在于，所述后板(1)远离对接环(2)的一侧设有多个紧固口。

技术总结
本发明公开了一种用于微纳卫星在轨组合的电磁对接装置，包括后板和对接环，所述后板靠近对接环的一侧螺纹插设有螺杆，所述螺杆的一端与对接环固定连接，所述螺杆上滑动套接有铁盘，所述铁盘与后板之间设有后盖，所述后盖上设有与螺杆对应的螺纹口，所述对接环远离后板的一侧固定连接有电磁铁；所述螺杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与铁盘和对接环相抵，所述后盖内插设有碟簧，所述碟簧的两端分别与后盖和铁盘固定连接。本发明中对接装置结构简单、无羽流污染、弱撞击等优点，解决空间科研及作战任务流程长响应慢等问题，可以实现在轨多次重复快速对接分离的功能，满足具有时效性的复杂灵活多变任务需求。性的复杂灵活多变任务需求。性的复杂灵活多变任务需求。


技术研发人员：陈传志 刘笑语 陈金宝 邹凯飒 崔继云 李家琪 余张武 陈茜 孙正楠 张杰 余虹志 王添翼
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/6/14