預磁化超導磁通釘扎對接結構的動力學特性研究

《預磁化超導磁通釘扎對接結構的動力學特性研究》是依託北京航空航天大學，由楊文將擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：預磁化超導磁通釘扎對接結構的動力學特性研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：楊文將
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

針對未來空間太空飛行器自主對接與自組裝操作的需求，提出自穩智慧型的預磁化超導磁通釘扎對接結構方案。首先通過實驗研究給出該結構電磁力的基本靜動態特性，明確預磁化條件（勵磁場強度、退磁速率、退磁幅值等）對超導體俘獲磁通及其動力學特性的影響規律。其次，針對該結構動力學數值模擬研究是典型的多物理耦合計算問題，基於連續性超導電磁本徵模型理論分析超導體預磁化及動力作用過程中的磁通流動與蠕動特性，建立求解超導體預磁化過程磁熱耦合和超導體電磁/動力運動耦合的數值模擬方法，然後有效預示該結構的動力學特性及分析預磁化條件對動力學特性的影響規律。本項目研究將為驗證預磁化超導磁通釘扎對接結構套用於空間自主對接過程的動態穩定性提供理論基礎與科學依據。

結題摘要

空間對接技術與對接機構是航天技術發展的一個重要方向，隨著太空探索活動的日益頻繁和廣泛化，自主對接技術憑藉其風險小、高可靠等優勢，在各種空間平台的在軌操作任務中需求日益強烈。基於超導體磁通釘扎效應的空間在軌電磁對接技術，是一種能夠實現自動捕獲、自穩定對接和減少控制系統參與的空間自主對接技術，它有望取代或部分替代目前採用的主動控制對接技術，提供一種簡單、可靠、低操作風險及低成本的對接工作方式。本項目基於高溫超導體的磁通釘扎特性，開展了將超導體預磁化後套用於空間自主非接觸對接結構的套用性基礎研究。針對預磁化條件對超導磁通釘扎對接結構動力學特性的影響，研究了勵磁場強度和退磁速率等預磁化因素對超導體感應電流分布及俘獲磁通特性的影響，然後分析了超導體感應電流分布與俘獲磁通的比例關係對超導電磁結構動力學特性的影響規律。實驗研究中精確給出了超導磁通釘扎對接結構的靜動態力學特性，分析了預磁化過程對超導體準靜態對接力的影響規律，通過採用一種類似磁通泵的多次勵磁磁通增加方法可以有效增加磁通釘扎力及促進對接力的自穩定性，測試研究表明超導磁通釘扎結構預磁化後可具備較好的動態穩定性。在數值模擬研究中，較好地解決了超導體預磁化、動力運動過程中面臨的電磁、熱及動力耦合的仿真計算問題，分析了場冷磁化和脈衝磁化兩種磁化方法對動力學特性的影響規律，對超導體磁化電磁特性和動力學特性提供了一定的物理過程解釋。目前基於該國家自然科學青年基金項目，已發表學術論文8篇，其中SCI收錄論文6篇，申請國家發明專利1項。本項目研究工作不僅豐富了高溫超導體電磁力學特性的基礎研究內容，而且拓寬了高溫超導體除磁懸浮、超導電機之外的套用新領域，項目成果將為驗證超導磁通釘扎對接結構套用於空間在軌自主對接、空間結構自組裝及自重構等空間任務的可行性提供了科學依據。