本技术涉及航天器电磁对接动力学仿真,提出一种动态联合仿真方法。该方法首先利用Ansys Maxwell软件模拟电磁铁,随后通过多步骤仿真,实现卫星电磁对接过程的精确模拟。
背景技术
伴随微小卫星与空间站的发展,航天器在轨交互日趋频繁,传统的喷气推进对接技术存在消耗燃料、羽流冲击等问题,对航天器寿命有难以忽略的影响。电磁对接以其无燃料消耗、低对接冲击等优势很好的满足了当前对接高发生频次、小幅度在轨机动的需求。电磁对接面临的主要难题在于电磁学的强非线性特性以及电磁学与运动学的耦合特性,同时需要设计星上电磁铁的布局以确保可以对多自由度进行运动控制以实现稳定对接。
设计卫星电磁对接飞行程序必然需要设计航天器电磁对接动力学控制系统。在电磁学控制方面,由于毕奥—萨伐尔定律在工程上不存在解析解,同时目前多数用于理论分析的简单磁偶极子模型仅在远场尺度上适用,无法满足小尺度对接过程的精度需求,因此需要建立有限元分析模型进行电磁场仿真求解电磁铁之间的相互作用,为电磁铁空间布局设计、结构设计、材料选取、动力学建模以及衍生的控制系统设计与结构优化等问题提供理论依据。
目前多数相关领域的仿真分析主要分为两部分,首先进行电磁学的有限元仿真继而设计电磁铁及其分布,其次进行动力学与控制系统仿真分析。然而前者多数局限于简单运动的静态场,无法实现电磁场与运动状态之间影响的动态闭环分析;后者多数采用线性化近似得到的简单模型作为被控对象,使得电磁学与动力学关联不足,无法做到电磁对接过程中的电磁学、动力学耦合动态分析。因此将两者结合的电磁学、动力学联合仿真是有必要的。
实现思路