1.本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置。
背景技术：2.目前，随着在轨空间飞行器数量急剧增加，导致诸如在轨失效飞行器之类的大型碎片的数量也随之剧增，因此如何捕捉并清除这些大型碎片已成为航天领域亟需解决的热点问题之一。
3.利用空间线绳卫星对空间中的失效卫星等大型碎片进行清除，是目前空间碎片清除较为可行的方法之一。其中的一个关键部分就是线绳的收放控制，设计一个能够满足任务需求的线绳释放机构是非常重要的，不仅要保证线绳能够完全释放，而且在释放的末尾时刻应尽量将线绳绷直产生的冲击吸收，从而保证整个线绳卫星系统在释放线绳前后的稳定状态，使得在轨任务能够顺利完成。
4.在现有的线绳释放装置中，为了在线绳的释放过程中对线绳产生阻尼作用，例如会采用弹片作用于线绳，以减小线绳释放过程特别是系绳绷直时对卫星造成的冲击，这样的方式结构简单，阻尼有效，但对冲击只能起到一定程度的减缓作用，不能达到吸收冲击的效果，而且不能够很好地控制阻尼的大小，产生的阻尼作用是间歇式的，因此对系统的稳定有一定的影响。
技术实现要素：5.为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置，能够在线绳释放的整个过程中为线绳提供均衡的阻尼作用，由此极大改善卫星系统的稳定性。
6.本发明的技术方案是这样实现的：
7.本发明实施例提供了一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置，所述线绳释放装置包括：
8.定子；
9.转子，所述线绳缠绕在所述转子上，使得所述转子通过所述线绳的端部被发射以对所述目标进行捕获而产生相对于所述定子的转动；
10.将所述定子和所述转子连接的卷簧，使得所述转子克服所述卷簧的弹性回复力而进行所述转动；
11.设置在所述转子和所述定子中的一者上的至少一对永磁体，所述转子和所述定子中的另一者为通过所述转子的所述转动以及所述至少一对永磁体的作用而产生涡电流的导体。
12.本发明实施例提供了一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置，在线绳释放的整个过程中，因涡电流导致的对转子的阻尼作用从初始阶段的较大开始
逐渐减小直至末尾阶段几乎不存在，而因卷簧的弹性变形导致的对转子的阻尼作用从初始阶段的较小开始逐渐增大直至末尾阶段达到最大，使得转子始终受到均衡的阻尼作用，从而能够使得例如搭载有该装置的卫星的稳定性得到保证。
附图说明
13.图1为本发明实施例提供的一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置的立体示意图；
14.图2为沿着图1中的线a-a剖切的剖视示意图。
具体实施方式
15.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。
16.参见图1和图2，本发明实施例提供了一种用于利用线绳w对空间中的目标t进行捕获的线绳释放装置1，其中，线绳w仅在图1中通过加粗的黑色实线示意性地示出，而目标t同样仅在图1中通过点填充的部件示意性地示出，所述线绳释放装置1可以包括：
17.如在图1和图2中都示出了的定子10；
18.如在图1和图2中都示出了的转子11，具体地参见图1，所述线绳w缠绕在所述转子11上，使得所述转子11通过所述线绳w的端部we被发射以对所述目标t进行捕获而产生相对于所述定子10的转动r，如在图1和图2中通过实线箭头示意性地示出的；
19.如仅在图2中示出的将所述定子10和所述转子11连接的卷簧12，使得所述转子11克服所述卷簧12的弹性回复力而进行所述转动r，这里的卷簧12可以在占据较小空间的情况下持续地提供弹性回复力，因此能够满足可能需要完成多周转动的转子11的需求；
20.设置在所述转子11和所述定子10中的一者上的至少一对永磁体13，这里的永磁体13例如可以为钕铁硼磁铁，具体地参见图2，其中示例性地示出了设置在定子10上的三对永磁体13，所述转子11和所述定子10中的另一者为通过所述转子11的所述转动r以及所述至少一对永磁体13的作用而产生涡电流的导体，具体地仍然参见图2，其中示例性地示出了转子11自身为导体，这样当转子11转动时便会在三对永磁体13的作用下在其内部产生涡电流。
21.需要说明的是，本发明不限于图1和图2中具体地示出的情形。举例而言，结合图1和图2可以理解地，永磁体13也可以设置在转子11上，在这种情况下，定子10可以为用于在其内部产生涡电流的导体。
22.首先在线绳w被释放的初始阶段，线绳w的速度是较大的，由此转子11的转速也较大，在这种情况下导体内产生的涡电流的电流值是较大的，因此转子11受到的与转动方向相反的磁扭矩也会较大，而在该初始阶段，卷簧12的弹性变形量较小，因此转子11受到的同样与转动方向相反的弹簧扭矩也会较小，也就是说，在该初始阶段，因涡电流导致的阻尼作用较大而因弹性变形导致的阻尼作用较小；其次在线绳w被释放的中间阶段，线绳w的速度因阻尼作用减小，由此转子11的转速也减小，因此转子11受到的磁扭矩也会减小，而在该中间阶段，随着转子11的转动卷簧12的弹性变形量增大，因此转子11受到的弹簧扭矩也会增大，也就是说，在该中间阶段，因涡电流导致的阻尼作用减小而因弹性变形导致的阻尼作用
增大；最后在线绳w被释放的末尾阶段，线绳w的速度已接近为零，转子11的转速也接近为零，因此转子11受到的磁扭矩也几乎为零，而在该末尾阶段，转子11的转动量达到最大，卷簧12的弹性变形量也达到最大，因此转子11会受到最大的弹簧扭矩，也就是说，在该末尾阶段，因涡电流导致的阻尼作用几乎消失而因弹性变形导致的阻尼作用达到最大量。这样，在线绳释放的整个过程中，本发明上述实施例提供的线绳释放装置1能够提供均衡的阻尼作用，从而能够使得例如搭载有该装置的卫星的稳定性得到保证。
23.另外，可以根据线绳w被发射的速度以及线绳w自身的重量等因素来选择圈簧12的刚度和/或永磁体13的磁性强度等，以使线绳w的速度递减为零的同时圈簧12的弹性变形恰好达到极限量。
24.可以理解的是，在上述的线绳释放装置1中，转子11、定子10以及卷簧12这三个部件本身都需要占据较大空间，如果布置不当的话会导致整个线绳释放装置1占据的空间太大，为了以更紧凑的方式来布置上述的三个部件，在本发明的优选实施例中，继续参见图2，所述转子11可以包括筒体110和沿着所述筒体110的纵向轴线延伸的转动轴111，所述定子10可以呈圆环状并且以与所述筒体110同轴的方式设置在所述筒体110的径向内侧，所述卷簧12的径向内侧的第一端部12f可以固定至所述转动轴111，所述卷簧12的径向外侧的第二端部12s可以固定至所述定子10。这样，例如从图2中可以直观地看到的，因为转子11、定子10以及卷簧12这三个部件中任意相邻的两个部件之间都不存在没有被利用的空余空间，因此这三个部件以最为紧凑的方式布置，由此最大程度地减小了线绳释放装置1所占据的空间。
25.在一个具体的示例中，转子11的外径可以为66mm，内径可以为58mm，轴向长度可以为19.5mm；定子10的外径可以为56mm，内径可以为41mm，轴向长度可以为13.5mm；考虑到定子10与转子11之间的间隙会影向因涡电流导致的磁力矩的大小，该间隙的尺寸可以为1mm至2mm；所述至少一对永磁体13中的每一个在定子10的径向上的尺寸可以与定子10的厚度保持一致，在定子10的周向上的长度可以为11mm。
26.第一端部12f固定至转动轴111可以由多种方式实现，如在图2中具体地示出的，第一端部12f可以形成为与转动轴111相匹配的圆环状，并且通过与转动轴111配合的开口卡圈卡紧至转动轴111，第二端部12s固定至定子10也可以由多种方式实现，如在图2中具体地示出的，第二端部12s可以固定连接至螺钉，而该螺钉旋拧在形成于定子10中的螺孔中，另外定子10可以形成有凹口以用于容纳螺钉的头部。
27.对于卷簧12的弹性变形的方式而言，继续参见图2，所述转子11的所述转动r的方向可以与所述卷簧12从所述第一端部12f至所述第二端部12s的卷绕方向相反。这样，参见图2容易理解的是，当转子11进行所述转动r时，卷簧12会发生“绕紧”而不是“绕松”的弹性变形，使得在卷簧12从自由状态转变到极限变形状态的情况下转子11能够完成更多圈数的转动。
28.在线绳释放装置1为前述构型的情况下，继续参见图2，所述至少一对永磁体13可以嵌入在所述定子10中并且在所述定子10的周向上均匀分布。更具体地，每对永磁体13可以布置成关于转子11的转动轴111对称，而且每个永磁体的两个磁体之间的连接线沿着转子11的径向延伸，并且每对永磁体13的相邻的两个磁极的极性相反。
29.优选地，返回参见图1，所述定子10和所述转子11之间可以设置有用于防止所述转
子11沿着与所述转动r的方向相反的方向转动的棘轮-棘爪机构15。在设置有棘轮-棘爪机构15的情况下，可以使线绳释放装置1单向释放线绳w时的可靠性更高。
30.可以理解的是，上述的棘轮-棘爪机构15可以有多种实现方式，但在线绳释放装置1为前述构型的情况下，继续参见图1，所述筒体110可以用作所述棘轮-棘爪机构15的棘轮，形成在所述筒体110的内周壁上的凸齿110t可以用作所述棘轮-棘爪机构15的棘轮的棘齿，并且所述棘轮-棘爪机构15的棘爪150可以设置在所述定子10上。这样，不需要另外的部件便可以得到棘轮-棘爪机构15的棘轮以及形成于棘轮上的棘齿，减少了所需部件的数量，使线绳释放装置1得到简化。
31.如在图1中具体地示出的，棘爪150的数量可以为两个。凸齿110t的数量可以根据转子11的直径以及棘爪150的尺寸来选取，例如可以为24个，也就是说相邻的两个凸齿110t之间在周向上间隔15
°
。
32.继续参见图1，所述线绳释放装置1还可以包括u形支架16，所述转子11借助所述转动轴111可旋转地支承在所述u形支架16的两个分支161和162之间，并且所述定子10固定地装配至所述u形支架16。
33.继续参见图1，所述筒体110可以包括本体1101和在所述本体1101的外周面上沿着周向延伸的两个凸肋1102。这样，两个凸肋1102可以与本体1101一起限定出用于容纳线绳w的空间，使得线绳w不会在受到转子11的轴向方向上的外力的作用下从转子11脱落，而且例如在将线绳w缠绕至转子11的过程中，两个凸肋1102可以对线绳w起到引导作用，有利于缠绕过程的进行。
34.在一个具体的示例中，转动轴111的直径可以为7.7mm，长度可以为30.5mm，所述线绳w的长度可以为4m，所述卷簧12在自由状态下的卷绕圈数可以为19圈，而外径尺寸可以为38mm。
35.优选地，所述至少一对永磁体13可以胶粘至所述定子10。
36.需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
37.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置，其特征在于，所述线绳释放装置包括：定子；转子，所述线绳缠绕在所述转子上，使得所述转子通过所述线绳的端部被发射以对所述目标进行捕获而产生相对于所述定子的转动；将所述定子和所述转子连接的卷簧，使得所述转子克服所述卷簧的弹性回复力而进行所述转动；设置在所述转子和所述定子中的一者上的至少一对永磁体，所述转子和所述定子中的另一者为通过所述转子的所述转动以及所述至少一对永磁体的作用而产生涡电流的导体。2.根据权利要求1所述的线绳释放装置，其特征在于，所述转子包括筒体和沿着所述筒体的纵向轴线延伸的转动轴，所述定子呈圆环状并且以与所述筒体同轴的方式设置在所述筒体的径向内侧，所述卷簧的径向内侧的第一端部固定至所述转动轴，所述卷簧的径向外侧的第二端部固定至所述定子。3.根据权利要求2所述的线绳释放装置，其特征在于，所述转子的所述转动的方向与所述卷簧从所述第一端部至所述第二端部的卷绕方向相反。4.根据权利要求2所述的线绳释放装置，其特征在于，所述至少一对永磁体嵌入在所述定子中并且在所述定子的周向上均匀分布。5.根据权利要求2所述的线绳释放装置，其特征在于，所述定子和所述转子之间设置有用于防止所述转子沿着与所述转动的方向相反的方向转动的棘轮-棘爪机构。6.根据权利要求5所述的线绳释放装置，其特征在于，所述筒体用作所述棘轮-棘爪机构的棘轮，形成在所述筒体的内周壁上的凸齿用作所述棘轮-棘爪机构的棘轮的棘齿，并且所述棘轮-棘爪机构的棘爪设置在所述定子上。7.根据权利要求2所述的线绳释放装置，其特征在于，所述线绳释放装置还包括u形支架，所述转子借助所述转动轴可旋转地支承在所述u形支架的两个分支之间，并且所述定子固定地装配至所述u形支架。8.根据权利要求2所述的线绳释放装置，其特征在于，所述筒体包括本体和在所述本体的外周面上沿着周向延伸的两个凸肋。9.根据权利要求1所述的线绳释放装置，其特征在于，所述线绳的长度为4m，所述卷簧在自由状态下的卷绕圈数为19圈。10.根据权利要求4所述的线绳释放装置，其特征在于，所述至少一对永磁体胶粘至所述定子。
技术总结本发明实施例公开了一种用于利用线绳对空间中的目标进行捕获的线绳释放装置，所述线绳释放装置包括：定子；转子，所述线绳缠绕在所述转子上，使得所述转子通过所述线绳的端部被发射以对所述目标进行捕获而产生相对于所述定子的转动；将所述定子和所述转子连接的卷簧，使得所述转子克服所述卷簧的弹性回复力而进行所述转动；设置在所述转子和所述定子中的一者上的至少一对永磁体，所述转子和所述定子中的另一者为通过所述转子的所述转动以及所述至少一对永磁体的作用而产生涡电流的导体。述至少一对永磁体的作用而产生涡电流的导体。述至少一对永磁体的作用而产生涡电流的导体。
技术研发人员：郭金生 张翔 曹喜滨 吴凡 乐欣龙 邱实 陈雪芹 耿云海
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
