《基於高溫超導儲能的新型電漿直線推進系統研究》是依託浙江大學，由方攸同擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於高溫超導儲能的新型電漿直線推進系統研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：方攸同
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能量密度、高加速度電磁推進在國防和航空航天領域有廣泛的套用前景，是國內外電機界研究的熱點。本項目將高溫超導儲能、脈衝直線電機、低溫電漿等先進技術結合，提出了一種集成化的新型電磁直線推進系統。重點研究高溫超導系統穩定性、瞬變場中電漿物理行為、脈衝直線電機瞬態特性等科學問題，突破多物理場瞬態耦合分析、特種脈衝直線電機分析與最佳化、電漿電樞物理模型與儲能線圈電場分布的確定等關鍵技術，構建新型高能量密度、高加速度直線推進系統的理論體系，實現全系統的分析仿真與設計最佳化，研發相關實驗裝置與模型樣機，通過系統實驗對相關理論成果進行驗證與完善。本項目提出的新系統具有結構簡單、可靠性與能量密度高、能耗低等優點，其研究將促進超導儲能、低溫電漿技術、新型直線電機、計算電磁學等技術的發展與工程套用，具有重要的理論與實用價值。
結題摘要
項目組在文獻檢索與調研的基礎上，了解了電磁炮的國內外的研究動態，著重分析了軌道型電磁炮國內外研究進展。通過本項目系統、深入的研究，結合高溫超導儲能與電漿技術，提出了一種基於高溫超導脈衝電源的高功率密度、高加速度與高推進速度的新型電磁直線推進系統，並針對其設計和最佳化開展相關的分析。採用有限元和Matlab軟體設計了相應的軌道型電磁原型發射器，確定了電源、軌道和電樞等關鍵參數。建立其電磁、動力學的數學模型，搭建仿真分析模型，分析了超導脈衝電源與超導磁場增強裝置，實現了系統的設計與最佳化。搭建了相應的軌道型發射器模型，並進行了相關試驗。主要的研究成果包括: (1) 提出了軌道型電磁原型發射器的設計方案，包括發射器本體、控制器，以及電源三部分。平行導軌採用純銅製成，而電樞採用純鋁製成；支撐輔助部分包括兩塊上下側板、兩塊左右側板、炮口端蓋、炮尾端蓋、螺栓、螺母和預加速線圈的兩個擋板。 (2) 設計了高溫超導感應脈衝電源，並建立了超導感應脈衝電源供電的小型軌道炮的動態模型，對其進行仿真分析。詳細分析了次級線圈匝數和非線性電阻額定電壓對系統效率、最大電流與退出電流的關係。在此基礎上對電源進行了相應的最佳化設計。 (3) 提出了一種使用反雙曲函式在空氣電流密度一致的環境下，矩形交叉界面同軸環形線圈的自感和互感的計算方法，該方法具有簡單，快速易於使用等優點。 (4) 建立了基於磁流體動力學方法的電漿的有限元模型，通過施加特定的邊界條件，分析了電弧電漿的靜態、動態伏安特性以及在一定背景磁場下的形態分布。
