摘要
滑环-刷子组件在卫星机构中广泛用于在旋转接口之间传输电力和信号。在真实的空间环境中——真空、以辐射为主的热交换以及长时间运行——机械接触动力学、电导、间歇性分离和电弧的耦合效应会加速磨损并降低可靠性。本文提出了一种针对多轨道滑环的基于表面解析的多物理场模型，该模型采用了错位排列的刷子。滑环表面被离散化为环向-轴向网格，并赋予了相关的三维粗糙度，从而实现了基于粗糙度的接触效果。刷子的垂直运动动力学（质量-弹簧-阻尼器）将运行偏差和微振动转化为法向力波动和分离事件。电导通过一个并联导纳网络进行建模，该网络结合了压力依赖的微接触电导和由分离、开启速度以及电流密度触发的基于事件的电弧通道，同时考虑了随机点火现象。一个采用ADI积分技术的二维热模型考虑了焦耳/摩擦加热、辐射冷却以及可选的轮毂传导。磨损通过Archard型机械项和电弧能量驱动的侵蚀项来描述。FAST–MACRO多尺度方案（20秒的快速模拟，100小时的宏观模拟，并定期重新校准）能够在保持电弧统计特性的同时实现可行的长期磨损预测。针对28伏特电源的基准模拟显示，虽然电弧活动较为罕见但并非不存在，并预测在100小时后磨损在微米尺度上呈现空间非均匀分布。
