基于空间平台电磁发射的超导直线电机仿真分析

论文总字数：24050字

摘 要

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摘要

目前，基于空间平台的发射方式主要来说有三种，其中有“机械力发射”、“电磁发射”与“压缩空气与燃气弹射”。利用燃料燃烧产生的机械推力来发射空间飞行器是目前世界各国使用得比较多的发射方式，然而该发射方式存在诸多缺点，如飞行器发射点燃助推燃料时会产生波及范围很广的火焰泄露，可能造成发射平台的损坏；飞行器需要携带助推设备与燃料，造成飞行器自身重量过重，可载重量过小，发射工作效率过低等。因此电磁发射便成为近年来世界各国在空间平台发射问题上研究的首选。

本文针对电磁发射应用的空间平台的要求，开展了基于空间平台的超导电磁发射直线电机的设计和优化研究，完成用于空间平台电磁发射的超导型直线电机的仿真分析和设计,该电机的轨道长度为5-46米, 承载负荷5-50公斤, 发射速度为65-200m/s以上。完成电磁发射直线电机的结构设计和性能分析。

针对所需要的直线电机方案，利用Ansoft Maxwell软件进行有限元分析，建立了双边超导直线同步电机的模型。进行了基本的空载实验与负载实验，分别对其的磁场特点进行了研究。

关键词：电磁发射，超导技术，有限元分析，后处理

Abstract

Currently, It mainly has three ways of space-based launching, which are ‘Mechanical force launch’, ‘Electromagnetic launch’ and ‘Air-compression launch’. Using the mechanical thrust produced by fuel combustion to launch the space vehicles is the mostly accepted by most countries in the world. However, It has some shortcomings, like the flame brought by the fuel combustion in space vehicles launching will affect severely and harmfully to the launch platform；the launch assistant and the fuel carried by the apace vehicles will make itself so heavy that its load weight and the launch efficiency will reduce. Due to these factors, electromagnet launching has become the first choice in space-based launching research in the world these years.

In this paper, to the requirement for electromagnet launch space platform, It shows the design and the optimization of the space-based superconducting electromagnet launch linear motor and finish its simulation analysis and design. The length of linear motor’s track is 5-46 meters, weight of the load is 5-50 kg, speed of launching is 65-200 m/s. And the structural design and performance analysis of the electromagnet launch linear motor are finished.

To the required linear motor program, It uses Ansoft Maxwell to finish the infinite element analysis. It also create the model of double-sides superconducting linear synchronous motor and has the basic no-load test and load test to study their magnetic field.

Keywords: Electromagnet Launch，Superconducting，Finite Element Analysis，After-treatment

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 基于空间平台的电磁发射研究 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 世界各国研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 课题的引入 2

1.4 课题研究内容和论文结构 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 论文结构 3

第二章 直线电机的基本原理及超导材料在其中的应用 4

2.1 电磁发射的电机介绍 4

2.1.1 直线感应电机的基本结构与原理 4

2.1.2 超导技术的发展与其在直线电机中的运用 5

2.2 本章小结 8

第三章 超导双边直线同步电机设计及建模 9

3.1超导双边直线同步电动机的方案研究 9

3.1.1超导双边直线电机BSLSM的结构方案 9

3.1.2定子绕组类型 9

3.2 Ansoft Maxwell建模仿真 10

3.2.1 Ansoft Maxwell软件介绍 10

3.2.2 二维有限元计算方法 10

3.2.3 利用Ansoft Maxwell进行有限元法求解步骤 11

3.3 BSLSM的建模过程 11

3.4 本章小结 13

第四章 超导双边直线电机BSLSM的有限元分析 14

4.1 超导双边直线电机BSLSM目的指标处理 14

4.2 超导双边直线电机BSLSM仿真与分析 15

4.2.1 电机极槽比变化时的空载特性比较 15

4.2.2 极槽比为12/11电机在不同极弧系数下的空载特性比较 22

4.2.3 极槽比为12/11电机的负载特性 25

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

参考文献 29

绪论

课题背景

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