拼接化结构是未来大口径空间望远镜的发展趋势,应用于空间光学系统的机械拼接机构存在润滑、热膨胀系数匹配、结构复杂等问题。利用非理想第二类超导体的磁通钉扎效应能在超导体和磁体之间形成稳定的非接触式的接口,可为反射镜拼接机构的研制提供新的技术途径。磁通钉扎效应具有被动稳定性、适应性、较大的阻尼及一定的刚性,除了需要对超导体制冷外没有额外的功率消耗,在空间临近飞行器连接及控制领域具有很好的应用前景。本文以磁通钉扎接口为研究对象,针对可应用于空间拼接化结构的磁通钉扎接口的力学性能开展研究,主要研究内容如下:在冻结镜像模型的基础上,推导并建立了适用于刚体磁通钉扎连接的数学模型。分别对不同磁体-超导体的磁通钉扎接口、磁场源、磁通钉扎机构以及六自由度约束磁通钉扎接口展开了讨论。利用磁场法计算了单磁体-单超导体磁通钉扎接口悬浮力及连接刚度,计算结果与实验数据高度符合,得出了不同偏心距下接口的连接刚度;设计了单磁体单超导体磁通钉扎刚度单摆实验,验证了计算模型的有效性。利用刚体磁通钉扎连接的动力学方程,对适用于空间拼接化结构反射镜的模块化单超导体多磁体磁通钉扎接口进行了6自由度非线性动力学性能进行分析,结果表明,被动状态下的磁通钉扎接口能够达到稳定状态;通过对致动器加电,刚体的相对位姿能达到平衡状态,并且通过控制电压能够调整刚体的平衡姿态、平衡位置以及固有频率,为磁通钉扎接口的设计和控制提供依据。对单磁体单超导体磁通钉扎接口的稳定性展开了分析。通过系统的线性模型证明了无控制磁通钉扎接口的被动性,使用能量法得到了系统的李雅普诺夫函数,证明了系统在考虑阻尼力的情况下是渐进稳定的,并通过建立无控制单磁体单超导体磁通钉扎接口动力学模型验证了这一结论;讨论了采取PID主动控制的单磁体单超导体磁通钉扎接口的系统响应,比较了不同磁矩取值、不同控制方式下系统的性能。通过将控制力项加入无控制系统李雅普诺夫函数,得到主动控制磁通钉扎接口的李雅普诺夫函数,推导出使系统满足稳定性的条件。建立了2刚体沿圆轨道磁通钉扎连接阵列飞行的简化模型。对于磁通钉扎系统的空间化应用,除了接口自身的相互作用力,还需要考虑重力等其他扰动的影响。通过仿真计算,得到磁通钉扎连接飞行器的两个平衡位置。在第一个平衡状态下,系统的平衡位置非常靠近场冷距离,飞行器间隔是渐进稳定的,但飞行器在某些姿态下的运动处于边缘稳定的状态。这种稳定特性与在重力梯度作用下的刚体运动类似。第二个平衡状态下,系统的平衡位置距离场冷位置较远,在无控制的情况下系统不稳定。在该状态下,通过加入线性状态反馈控制可以实现在较大间隔下的稳定性。通过推导建立的数学框架,为更复杂的阵列飞行系统的分析提供了基础。在某空间相机光学设计的基础上,通过磁通钉扎技术实现大口径主镜的在轨装配展开研究,给出了两种可重构磁通钉扎接口设计。对采用磁通钉扎接口拼接镜的基频进行计算,以评估接口刚度对反射镜整体刚性的影响。对采用磁通钉扎连接机构拼接镜的力学性能进行分析,通过计算得出反射镜的基频以及面形精度。本文的技术进步及创新点如下:1)建立了钉扎磁体-超导体相互作用模型,计算了单磁体-单超导体磁通钉扎接口悬浮力及连接刚度,进行了单磁体-单超导体磁通钉扎刚度单摆实验,在间隔为10mm时,侧向刚度实测值与理论值相比误差小于5%,验证了理论模型的有效性。2)建立了多磁体磁通钉扎接口平衡状态连接的动力学模型,并对其动力学性能进行了分析,结果表明,该接口稳定。通过控制电压可以实现对接口位姿的调整,其中绕y轴平移量的调整量可达20mm,绕x轴旋转量可达0.6rad。3)应用李雅普诺夫函数证明了磁通钉扎接口的渐进稳定性,建立了磁通钉扎连接下两刚体沿圆轨道阵列飞行模型,数值仿真表明在重力情况下,系统均能够达到稳定。4)提出了一种反射镜在轨装配及重构的磁通钉扎接口方案,仿真计算了6m口径拼接反射镜的基频和连接刚度,分析了外界扰动对面形精度的影响,面形精度保持在10^-8m的量级,能够满足空间在轨装配反射镜高精度拼接需求。