新型微框架磁悬浮飞轮用洛伦兹力磁轴承

针对微框架磁悬浮飞轮用磁阻力磁轴承存在偏转负力矩和洛伦兹力磁轴承气隙磁密均匀性较差的缺点,提出了一种基于球形转子的微框架磁悬浮飞轮,介绍了其结构、工作原理和洛伦兹力磁轴承方案。采用等效磁路法建立了洛伦兹力磁轴承磁路数学模型,得到了其径向偏转力矩和轴向平动悬浮力。利用电磁场数值分析法,对三种洛伦兹力磁轴承方案的磁密和磁通进行比较分析,得到了最优的球面梯形磁钢方案。在此基础上,结合15Nms微框架磁悬浮飞轮技术指标,对磁轴承进行了详细实例设计。根据设计结果研制了一台微框架磁悬浮飞轮,并利用线性磁密霍尔对磁轴承气隙磁密进行动态测试。测试结果与优化结果一致,对微框架磁悬浮飞轮系统整体设计具有重要意义。     

磁悬浮飞轮用新型异极性永磁偏置径向磁轴承

为满足应用于航天器姿控、储能的磁悬浮飞轮采用的扁平构型或高转速转子需求,提出了一种新型异极性永磁偏置径向磁轴承,具有轴向长度短、结构紧凑的优点,有利于扁平转子或高速转子的磁悬浮控制。在新型径向磁轴承磁路分析的基础上,通过应用于50 Nms反作用飞轮的设计实例,经仿真分析,校验了新型径向磁轴承的基本性能;并与传统同极性永磁偏置径向磁轴承进行了比较,验证了新型径向磁轴承的优点。     

磁悬浮框架飞轮磁轴承技术研究与发展现状

对磁悬浮框架飞轮(MSGFW)和高精度磁轴承研究现状及其未来发展进行了详细阐述。根据转子悬浮力类型，将磁悬浮框架飞轮分为磁阻力构型、洛伦兹力构型和混合力构型，并结合三种构型论述了国内外框架飞轮的发展过程。在此基础上，对球面磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承进行了详细介绍，并结合磁路图分析其工作原理，比较了同类磁轴承的优劣。展望了磁悬浮框架飞轮与高精度磁轴承的未来发展方向，指出高动态响应检控共位平动球面磁阻力磁轴承，标准磁悬浮动量球和磁悬浮控制敏感球是磁悬浮框架飞轮的研究重点。     

MSCSG转子系统的扩展双频Bode图稳定性分析方法

为分析洛伦兹力磁轴承驱动磁悬浮控制敏感陀螺（MSCSG）转子偏转过程中的稳定性，针对现有双频Bode图稳定性判据方法仅适用于最小相位系统的不足，提出一种基于扩展双频Bode图的稳定性分析方法。根据洛伦兹力磁轴承工作原理建立了MSCSG转子偏转系统动力学模型；通过变量重构，将实系数双输入双输出系统等效变换为复系数单输入单输出系统；在分析Nyquist曲线与Bode图关联性的基础上，提出针对非最小相位系统的扩展双频Bode图稳定性判据，对不同转速下MSCSG转子系统稳定性进行预测，并通过转速根轨迹曲线预测转子系统的转速稳定区间。所提出的扩展双频Bode图稳定判据结果与时域仿真校验结果相一致，验证了本文所提出的稳定性分析方法的正确性和有效性。     

CM2磁场梯度补偿方法研究

CM2是根据我国各种型号卫星的需求而正在建设的一个大型磁试验设备,由于设备性能要求达到国际水平,但现有的提高设备均匀度的方式很难使其均匀性达到设计指标的要求。为此文章提出:应用磁场梯度补偿的方法来减小其不均匀度,并就其具体情况设计了在主线圈的外线圈上加单向补偿绕组和1/3混合补偿绕组的磁场梯度补偿方式,并利用矩阵法来计算综合补偿时的电流值。     

星载铯钟C场设计及磁场分析

为了提高星载铯钟的频率准确度,依据星载铯钟C场系统的设计要求,运用毕奥—莎伐尔定律计算线圈磁场,设计并分析了C场磁场系统。通过数值计算证明了设计的合理性,得到了最佳的主C和副C线圈匝数等参数,改善了原子束流轨迹上磁场强度的均匀性并得到试验验证,可将信号的频率准确度提高一个量级。
     

高精度非接触磁浮机构设计及其输出特性测试研究

为验证"双超"卫星地面试验系统与地面验证方案的合理性、可行性,针对"双超"卫星平台的核心部件非接触磁浮机构,提出了一种非接触磁浮机构磁钢匀强磁场、激励线圈拓扑结构及高精度程控精密功率放大器的多参数综合优化设计与测试方法。首先,通过选择适宜的磁钢材料和设计磁钢结构尺寸参数实现非接触磁浮机构磁钢磁场的均匀性;其次,通过激励线圈参数优化可降低输出力的波动;再次,通过驱动电路的优化设计可提升程控精密功率放大器的输出电流精度;最后,通过非接触磁浮机构的输出特性测试,验证了设计方法的有效性。该方法将"双超"平台的需求分解成磁浮机构各部分的设计指标,简化明确了设计思路,方案通过验证为下一步"双超"平台原理样机的设计及未来"双超"平台的工程应用提供了技术支撑。     

基于PIC-DSMC算法的嵌套霍尔推进器仿真性能研究

随着航天技术的发展，新型嵌套式霍尔推进器解决了传统单通道霍尔推进器功率不高和运行模式单一的问题，在航天领域发挥着愈加重要的作用。为了研究质量流量和磁场强度对嵌套型霍尔推进器性能的影响，本文采用PIC-DSMC算法，追踪和模拟等离子体粒子在电磁场作用下的运动和碰撞过程，对羽流场进行仿真。模拟结果表明:质量流量和磁场强度对推力贡献成正相关，推进器的比冲和羽流发散角则会受到双通道的综合影响。适当增大内通道的运行功率能够提升推进器整体效率。本文的模拟结果初步证明了嵌套霍尔推进器运行工况和磁场设计的可行性，并进一步为推进器的实验和优化提供了数据支持。     

螺旋波等离子体推进器磁场仿真

推进工质电离、加速、喷出过程以及电羽流的污染控制等都与磁场密切相关。磁场位形的仿真设计对于提高螺旋波等离子体推进器的性能至关重要。基于等效磁荷方法建立了专门针对螺旋波等离子体推进器的三维磁场仿真模型, 计算出圆柱形与圆环形铷铁硼(Nd-Fe-B)永磁体组合产生的磁场位形及磁场强度分布特征。该模型为改进电推进器实验方案提供必要的参考和指导;通过大量仿真计算与分析, 从大量的磁铁构型方案中优选出合适的磁铁构型, 可以缩短螺旋波等离子体推进器的实验周期, 降低成本, 加快电推进器的研发进度。     

振弦式陀螺电磁驱动结构设计与电磁分析

依据振弦式陀螺的工作原理提出一种振弦式陀螺电磁驱动方案，分析了振弦式陀螺电磁驱动电学模型与动力学模型，初步设计了振弦式陀螺电磁驱动结构，运用MATLAB数值软件设定目标参数和初始值计算得到初始结构尺寸；应用Maxwell电磁软件分析了振弦式陀螺电磁驱动系统中永磁体尺寸、永磁体间距、背磁片、Halbach永磁体阵列等因素对电磁驱动模型气隙磁感应强度的影响；最后优化了振弦式陀螺结构模型并进行了电磁驱动结构模型仿真分析。结果表明，电磁驱动整体结构模型气隙磁感应强度得到很大提升，可以很好地降低陀螺功耗，提高陀螺框架驱动力，优化陀螺结构尺寸，从而验证了振弦式陀螺电磁驱动方案模型的可行性，为振弦式陀螺的结构优化设计与实际产品试制研究奠定了理论基础。     

轴向磁路永磁陀螺马达电磁参数的优化设计

本文以三维磁场的二维近似方法计算了轴向磁路永磁陀螺马达的气隙磁场，分析了马达的磁路机构，在磁场的电势计算的基础上推导出马达铜耗的计算方法，以气隙，极对数和磁极内径为变量。以铜耗为目标函数对轴向磁路永磁陀螺马达进行优化了设计。     

空空导弹惯性开关中圆周磁场对导弹性能的影响

为了提高空空导弹的作战效能和可靠性,由弹载电源向开关电路进行大电流放电,可提高惯性开关中圆柱电极上周磁场的强度,增强抵抗磁钢对钢珠反向作用力的能力,当导弹撞击目标过载较小时,使惯性开关的导通时间也能够满足触发电路工作需要,因此,导弹遇目标不炸的故障概率可得到下降。     

一种超薄反作用飞轮的大面积磁悬浮结构分析

为提高轴向磁通反作用飞轮的轴向刚度和寿命,结合轴向磁通飞轮的结构,提出一种超薄、大面积磁悬浮的反作用飞轮。重点分析该飞轮的大面积磁悬浮结构,从磁环的宽度、磁环的充磁方向、磁环间距、铁芯厚度和磁悬浮刚度五个方面展开研究。通过有限元仿真可以发现：随磁环宽度的增加,定子对转子的斥力是先增大后减小;定子内外环磁化方向相反时比相同时能得到更大的斥力;在内外环磁化方向相反时,内外环磁钢间距越小,定子对转子斥力越大;磁悬浮部分铁芯厚度的减小对定转子间的斥力的影响极其有限,但对降低飞轮重量具有重要意义;磁悬浮的刚度与转子偏离中心的距离近似成正比。     

一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承

提出一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承结构,球面磁轴承定、转子均采用球面结构。当磁通作用在转子的球形包络面时,产生的电磁力会指向转子球心,不会对转子产生干扰力矩,但少量的漏磁磁通会作用在转子的非球形平面上,导致低干扰力矩的出现。利用等效磁路法对球形转子偏转时轴向部分漏磁导致的干扰力矩进行分析,得出干扰力矩的数学表达式。运用有限元法分析球面磁轴承和柱面磁轴承产生偏转时的干扰力矩,结果表明干扰力矩随着转子偏转角度的增加而增大,当转子偏转角达到最大允许值0.3°时,球面磁轴承与柱面磁轴承相比干扰力矩减小两个数量级。球面磁轴承的低干扰力矩特性决定其特别适用于磁悬浮控制力矩陀螺,可提高陀螺的控制精度,在磁悬浮高能密度电机、其他飞轮系统等场合具有广阔的应用前景。     

多种软磁合金及金属非晶材料的磁屏蔽性能研究

针对部分航天器组件易受磁场影响的问题,文章选取了6种目前常用的软磁合金及金属非晶材料,研究了它们对于弱磁场波动、稳恒磁场以及低频交流磁场的屏蔽效果,结果表明,材料的磁导率与矫顽力对磁屏蔽性能有较大影响,其中矫顽力与磁屏蔽性能的负相关性更好,即矫顽力越低,材料的磁屏蔽性能越好。对于测试的6种材料,铁镍合金材料与钴基非晶材料的磁屏蔽性能优于其他4种,铁镍合金材料在1 kHz以下磁屏蔽性能更佳,钴基非晶材料在50 kHz以下具有一定磁屏蔽效果。     

四轴型磁悬浮动量轮变结构控制

根据空间飞行器姿态控制用四轴主动控制型混合磁悬浮动量轮的动力学方程,采用变结构控制(VSC)法设计了一种多输入多输出系统控制器。二次型最优控制用于确定最终滑模运动方程,趋近律用于决定变结构控制输入,实现了磁悬浮动量轮快速稳定的鲁棒性控制。仿真结果表明,VSC的动静态特性较好,其滑模运动的不变性可有效消除陀螺力矩的影响,并能实现控制能量的优化。