基于场路耦合方法的永磁同步电机温度场研究

针对永磁同步电机温度场精确求解问题,提出了一种场路耦合法来计算电机的温度场。以一台永磁同步电机为研究对象,利用MATLAB/Simulink搭建电机的控制策略,再通过有限元分析软件ANSYS Maxwell和ANSYS Simplorer搭建电机的二维电磁场模型和控制电路模型组成场路耦合模型。基于场路耦合模型计算电机的损耗,并将损耗导入到电机的三维磁热耦合模型中,观测电机在基速工况和弱磁范围内温度场的变化。通过样机实验测试,验证了该方法的精确度,为精确求解电机的温度场提供了依据。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

基于流-固耦合方法的涡轮叶片热应力仿真

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流-固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流-固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进,其分析方法对类似问题的处理也很有借鉴意义。     

飞行器气动热与结构传热双向耦合研究

高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进行预示,从而为飞行器热防护结构的设计优化提供设计依据。     

应用网络拓扑法计算低惯量稀土永磁伺服电动机的磁场

通过理论分析，首次将网络拓扑法的应用范围从无旋场扩大到有旋场的计算中，从而进一步发展和完善了这一数值计算方法。本文从麦克斯韦方程出发，通过对比热传导问题的约束方程，导出了网络拓扑法用于有旋电磁场计算的离散化格式。继而通过与相应的有限单元法的比较，说明了网络拓扑法的一系列优点。同时，本文还分析建立了适合有旋场计算的永磁体等效电流模型。作为实例，本文最后给出了一台低惯量稀土永磁伺服电动机的求解方程，并计算了空载磁场及电枢反应磁场分布，由此得到的电机电磁参数，不仅为伺服电动机本身而且为整个伺服控制系统的设计提供了依据。     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中，温度变化范围大，容易在结构内部引发较大热应力，影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象，基于流固热耦合方法，采用多物理场数据交换接口MpCCI，联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent，建立扩散段的流固热耦合仿真模型，分析低温内流场的换热特性，计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现，流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果，能够准确反映低温风洞结构的热力学特性，可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

稳定悬浮状态下无轴承开关磁阻电机电感特性

针对二维有限元和磁链法计算无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)电感特性的局限性,建立了BSRM稳定悬浮时的三维有限元模型,采用双标量磁位法计算得到其磁场分布,应用一种仅需计算非线性系统能量增量即可计算电感的增强型能量增量法,计算其绕组电感.以-7.5 kW,12/8结构的BSRM为例,简单比较了双标量磁位法与二维有限元法、矢量磁位法和棱边有限元法分别求解BSRM磁场时的计算规模和平均计算时间,说明了双标量磁位法在大规模计算场合的优越性;研究了电感与转子径向位移的关系;计算获得了样机处于稳定悬浮状态下的主、悬浮绕组电感;研究了端部效应对电机磁场分布和绕组电感的影响.通过实验验证了电感计算的准确性,为优化设计和精确控制该类电机奠定了基础.     

载流管道振动频率计算的有限元-传递矩阵法

基于有限元理论,考虑管道与流体的耦合作用,推导出了一种计算载流管道固有频率新方法一有限元一传递矩阵法。这种方法力学概念清晰,易于应用。采用这种方法计算载流管道振动频率,不随划分单元数量的增加而增加矩阵的维数。在自激振动情况下,传递矩阵维数恒保持为6维,计算简单,并能保证有较好的精度。采用文中所推导的有限元一传递矩阵法,计算了一段悬臂载流管道在4种不同工况下的前四阶固有频率,并将文中计算结果与已有文献的实验和有限元法结果作了对比,验证了文中所推导方法的有效性和正确性。     

基于有限元的板结构能量流分析

由于面内波的尺度通常大于面外波的尺度,目前板结构基于有限元的能量流分析忽略面内运动,这种处理方法在一些情况下并不合理。本文根据薄板的经典理论,将面内运动和面外运动进行解耦,然后建立了两种运动的有限元能量流模型,最后通过能量平衡方程获得了板结构弯曲子系统的耦合损耗因子计算格式。算例分析表明,本文方法能较准确计算面内运动能量与面外运动能量,可为后续的耦合损耗因子提供更加准确的计算方法。     

平纹编织C/SiC复合材料热残余应力的模拟和分析

通过对平纹编织C/SiC复合材料SEM照片精确测量,获取了纤维束的几何参数,并以四参数正弦函数为拟合方程,得到了RVE的建模曲线方程,并建立了RVE的三维有限元模型。采用间接耦合的降温法,模拟计算了C/SiC复合材料的轴向热残余应力,其计算结果与理论值接近;并分析了制备温度以及纤维体积含量对热残余应力的影响。     

Thermal-Fluid Coupling Simulation of Ventilation Cooling System of Generator Based on FLOWMASTER

By taking a 2.3 MW double-fed asynchronous generator as an example,a new method for fast simulation analysis of ventilation cooling system inside generator is proposed based on the one-dimensional simulation software FLOWMASTER.The thermal-fluid coupling simulation model of ventilation cooling system inside generator is established.Under the stable running state of the generator,the flow velocity distribution and temperature rise of the key parts of the generator are analyzed.The results prove that the ventilation structure design of the generator meets the temperature rise limit.The simulation results are compared with the theoretical calculation results and the experimental results,which verify the correctness of the thermal-fluid coupling simulation method proposed in this paper.     

ENTROPY CHARACTERISTICS OF MAGNETIC REFRIGERANTS

ＥＮＴＲＯＰＹＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＭＡＧＮＥＴＩＣＲＥＦＲＩＧＥＲＡＮＴＳ￥ＹｏｕＬｉｘｉｎ；ＧｕｏＸｉａｎｍｉｎｇ；ＸｕＳｈｅｆａ（ＤｅｎａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＮＵＡＡ，２９ＹｕｄａｏＳｔｒｅｅｔ．...     

电脉冲除冰系统的电磁场分析

针对NASA CR-4175试验电脉冲除冰系统,建立了该系统的电磁场涡流有限元分析模型,分析了试验蒙皮在涡流场中法向及径向的磁感应强度,采用麦克斯韦应力法计算了该蒙皮所受的瞬态电磁力,并与Hender-son模型计算结果以及实验测量值进行了拟合偏差比较。同时在不改变电路的情况下,研究了蒙皮厚度、蒙皮电导率、蒙皮-线圈间隙这3个因素对电脉冲除冰效果产生的可能影响。结果表明,电磁场涡流有限元分析模型所计算的磁感应强度比Henderson模型更吻合实验值;趋肤深度范围内的试验蒙皮厚度愈大、蒙皮电导率愈大、蒙皮-线圈间隙愈小,蒙皮所受的峰值脉冲力愈大,即意味着这些参数条件下的除冰效果将更佳。     

远场涡流三维缺损检测机理的有限元分析

本文依据远场涡流检测中场的分布特点对远场涡流模型进行了合理的简化,建立了有限元分析模型,并完成了二维及三维有限元数值分析,给出了缺损附近的磁场、涡流及波印亭矢量的分布,预估了远场技术中三维探头的缺损响应,结合实验结果初步解释了由实验观察到的而至今未被理解的一些远场现象。最后着重分析了周向缺损与轴向缺损的探头信号的差异,并对远场技术缺损的检测机理作了较为细致的探讨,得到了一些重要结论。     

直升机吊挂飞行耦合分析

从气动导数和运动模态两个层面分析了直升机吊挂飞行中的耦合。首先,建立了直升机/刚性吊索/刚体吊挂物的全耦合飞行动力学模型。然后,计算了配平特性和频响特性,并与飞行试验数据对比验证了模型。最后,通过算例分析了直升机与吊挂系统的耦合。分析表明:直升机上吊挂点处的运动和作用力是形成相互耦合的关键。相互耦合使得直升机姿态对其角运动产生静稳定作用,直升机自身阻尼对整个系统产生作用,同时还增强了吊索摆角对吊索摆动的静稳定性。气动导数的变化削弱了直升机滚转和荷兰滚模态的稳定性,改善了吊挂系统两个单摆模态的动稳定性。直升机和吊挂系统的横航向耦合强于纵向耦合。     

航空发动机转子遥测系统旋转电源变换器

针对航空发动机转子遥测系统中旋转测量设备的电能获取问题,提出了一种基于反激式开关电源原理的可旋转电源变换器技术方案。该电源变换器通过罐形磁芯建立旋转变压器在转子和静子之间的磁路。设计了输出功率最大为10 W的电源变换器。验证了变压器的磁路不受旋转工况的影响。试验并分析了空气隙的大小、旋转偏心等因素对电源变换器性能的影响。所设计的电源变换器能够以非接触方式向发动机转子传输电能。相对于导电滑环等转子遥测系统供电方式,这种电源变换器具有使用寿命不受限制、工作转速范围大的优点。     

电流型双向多脉冲变流器

提出了两种电流型双向多脉冲变流器的拓扑结构,实现了传统多脉冲整流器能量的双向流动。当其运行于逆变器状态时,变流器等效为一个电流型多重化逆变器,相较于传统分立式电流型多重化逆变器,此变流器具有电源与磁性元件数量少、系统体积小等优点。以18脉冲双向变流器为例,详细介绍了其工作原理,求出了18脉冲变流器总谐波失真(Total harmonic distortion,THD)最小时,各电平作用角度,提出了一种脉宽调制方式以实现交直流侧电压电流调节。最后通过仿真与硬件实验验证了所提系统的可行性。     

应用于磁悬挂系统的200V─6OA晶体管斩波器

在大功率磁悬挂系统中，电磁铁电流必须采用开关频率较高的大功率斩波器来调节。本文介绍一个用于磁悬挂系统的大功率晶体管斩波器，它的工作电源电压为２００Ｖ，输出电流为６０Ａ，斩波频率为２ｋＨｚ，试验负载从阻性到感性，电感量达２．５Ｈ。该斩波器在一个单自由度大功率磁悬浮试验装置中完成了磁悬挂控制试验。该斩波器由不对称半桥、开关辅助网络、最优基极驱动电路ＵＡＡ４００２、一次脉冲源ＭＣ３４０６０及电流反馈环等部分构成，具有多种保护功能和良好的传输特性线性度。     

利用单片机控制的LD驱动系统研究

介绍了一种利用单片机控制的半导体激光（LD）驱动电源，该电源通过控制LD的工作电流和温度以及采用了可靠的保护电路，实现了LD光功率稳定、可靠、准确输出。