《高溫超導磁懸浮微小推力測量的懸浮摩擦損耗特性研究》是依託北京航空航天大學，由劉宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高溫超導磁懸浮微小推力測量的懸浮摩擦損耗特性研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：劉宇
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目是結合微小推力測量和高溫超導磁懸浮等不同研究領域的交叉性課題，擬解決高溫超導磁懸浮套用於電推力器微小推力測量環境的懸浮摩擦損耗問題。針對傳統微小推力測量難以根本解決推進劑、電力供應造成的力干擾和測量精度較低的問題，提出將超導磁懸浮套用於微小推力測量中，實現一種全推進系統懸浮工作、無連線干擾、可以直接測量和評估推力器衝量作用效果的懸浮式推力測量方法。針對最為核心的懸浮摩擦損耗問題，基於Bean臨界態模型給出描述超導懸浮摩擦損耗的理論模型，並以此為基礎發展合理的超導懸浮摩擦損耗數值模擬研究方法。通過單塊永磁/超導懸浮和承載型超導懸浮平台的摩擦損耗測試，研究超導懸浮微推測量準靜態、動態摩擦損耗特性的影響因素及規律，明確低頻旋轉齒扭矩效應的特性與套用方法。該研究工作對闡明微小擾動下的超導懸浮摩擦損耗機制與特性具有重要意義，將為更高精度的微小推力測量裝置開發提供重要理論依據和技術基礎支撐。
結題摘要
作為衡量電推進等微小推力器動力特性的不可或缺手段，微小推力測量具有很大的挑戰性。推力器的管線連線以及自重平衡等干擾因素會對微小推力的測量精度造成影響。因此，如何採用有效手段減少干擾、提高測試精度成為微小推力測量的首要問題。將高溫超導自穩定磁懸浮技術套用於微小推力測量中，使全推進系統處於懸浮工作狀態，實現一種可以直接測量和評估推力器衝量作用效果的磁懸浮旋轉式微小推力測量方法，有望徹底消除推力器自重、推進劑及電力供應過程中產生的干擾，從而大大提高推力器的地面實驗測試水平。本項目基於高溫超導體的交流損耗特性，開展了高溫超導磁懸浮結構套用於微小推力測量台架的套用性基礎研究。針對懸浮摩擦損耗這一核心問題，通過試驗分析和數值仿真重點研究了各影響因素對其影響的相關規律。實驗研究精確給出了摩擦損耗隨場冷高度以及初始激勵動量變化的規律，分析了超導體溫度與場冷高度對摩擦損耗影響規律。通過研究超導塊材的各向異性對摩擦損耗的影響，實驗發現存在永磁轉子最優位置和姿態使得摩擦損耗最小。基於Bean和Kim模型建立了描述渦流損耗和磁滯損耗的數學模型，並驗證了該計算模型的合理性，開展了穩態運行環境下的單塊超導懸浮摩擦損耗數值模擬研究，計算了穩態下單塊超導-永磁懸浮低頻轉動的損耗，對摩擦損耗的電磁和動力學特性提供了一定的物理過程解釋。目前該基金屬於國家自然科學面上基金項目，已發表學術論文9篇，其中SCI收錄5篇，授權國家發明專利1項。本項目的研究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磁懸浮出交通運輸、電磁發射和飛輪儲能之外的新領域。項目成果對闡明微小擾動下的超導懸浮摩擦損耗機制與特性具有重要意義，將為更高精度的微小推力測量裝置開發提供重要理論依據和技術基礎支撐。
