用于GMA的新型永磁偏置闭合磁路

利用ANSYS有限元软件进行仿真模拟,对超磁致伸缩执行器(GMA,Giant Magnetostrictive Actuator)的磁路结构进行了分析和优化.根据磁致伸缩棒内磁场均匀性好,场外漏磁小的设计目标,利用极性相反的双永磁补偿原理,提出了一种新型的内置式永磁组合偏置结构,使得沿磁致伸缩棒长方向磁场分布均匀的同时,偏置磁场和激励磁场都形成良好的闭合磁路.ANSYS分析结果表明,棒中偏置磁场不均匀度为3.51%,激励磁场不均匀度为8.73%,均满足不均匀度小于10%的设计目标;在执行器指定位置(距离GMA 7 cm)的总漏磁场强度为30.4 A/m,符合实际应用的标准要求(<80 A/m).     

真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能

针对发电机中转子用FeCo合金(国产牌号1J22)进行了组织结构与磁性能的研究.通过对该合金进行真空处理以及磁场热处理,研究了组织结构对软磁性能的影响规律;研究了附加磁场强度以及热处理温度对磁场处理效果的影响,并结合该合金的磁致伸缩伸缩系数的变化规律,分析了磁场热处理效果的微观机制.当合金组织为轧制态时,磁场热处理效果不明显;在合金的再结晶温度以上进行磁场热处理时,获得了显著的磁场热处理效果,矫顽力下降至72A/m(0~9Oe)以下.     

超磁致伸缩作动器的结构分析

从力学和磁学两方面分析了超磁致伸缩作动器内部结构形式对作动器特性的影响,重点研究了永磁铁式偏置磁场的不同结构形式以及作动器外壳材料对作动器的输出性能及作动器轴向刚度的影响.研究结果表明,环套式永磁铁的结构形式不可避免地在作动器外围产生较大磁场;分段式永磁铁的结构形式,采用钢制外壳时可避免漏磁;但是在芯棒区域的磁场与理想均匀磁场的差异将给作动器的输出位移带来较大损失,对作动器的刚度也会产生不可忽略的影响,二者在设计中必须考虑.在结构分析的同时,基于超磁致伸缩材料的特性提出了磁场与刚度相关联的设计理念,可为超磁致伸缩作动器的结构设计提供参考.     

PP/活化炭黑复合材料磁致伸缩与交流电性能

炭黑微粒子进行活化处理后,以10％(质量分数)的比例填加到聚丙烯基体中制备了复合材料,对其进行交流电性能和磁致伸缩性能测试.测试结果表明,聚丙烯/活化炭黑复合材料同时具有导电性能和磁致伸缩性能.复合材料交流电性能参数随频率的变化规律表明活化炭黑在聚丙烯基体中已形成导电网络.复合材料磁致伸缩性能测试过程中发现了3个现象:这种复合材料具有较大的磁致伸缩应变,最大的磁致伸缩应变为1.15×10-4(115ppm);复合材料的磁致伸缩应变与磁场强度有关,这与传统的无机磁致伸缩材料相似,与之不同的是,此复合材料的磁致伸缩性能还与时间间隔有密切的关系;复合材料的磁致伸缩性能具有非常明显的滞后效应,而通常被认为是典型磁致伸缩材料的无机物Tb_xDy_1-xFe_2-y则不具有这种效应.      

一种新颖超磁致伸缩作动器的隔振模型

根据超磁致伸缩材料的本构方程分析了超磁致伸缩作动器输出位移的组成,以此为根据建立了基于超磁致伸缩作动器的单层单自由度隔振平台数学模型.该模型以平台在激振力作用下产生的振动位移为系统干扰输入;根据此模型分析了基于超磁致伸缩作动器的隔振原理;在频域内推导出了系统隔振能力与激振力频率及作动器最大输出位移之间的数学关系,然后在时域内采用自适应LMS(Least Mean Square)算法在Matalb环境下进行仿真.仿真结果与理论分析均表明,隔振平台的隔振能力与激振力频率的平方以及作动器最大输出位移成正比,从而为合理设计隔振平台用超磁致伸缩作动器提供了理论依据.该模型不仅可用于分析基于磁致伸缩作动器的隔振原理,对其它作动器的隔振原理也适用.      

温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究

霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到，并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题，推力器工作时磁路系统受高温影响，因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移，不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响，通过热磁耦合仿真对10kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究，并对热态、常温仿真结果进行了对比，发现在阳极附近的径向磁感应强度Br的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽，磁场和壁面最大不符合度达到13%，通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果，使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷，热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃，低于0.78倍的居里温度Tc磁性急剧转变点，不会出现磁性能急剧下降，但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。     

载人深空探测磁场主动辐射防护技术研究

基于单粒子轨道理论和蒙特卡洛方法建立了一种磁场主动屏蔽防护分析方法,针对理想磁场构型分析了屏蔽磁场强度、厚度和结构对屏蔽效果的影响。研究结果表明：屏蔽效率随磁刚度BL增大且当磁刚度BL一定时,增加磁场强度B比增加磁场厚度L更有效;对于有限长屏蔽磁场构型,端盖区需加强防护;桶状区与端盖区采用直线型屏蔽磁场的构型防护效果最好,能够对典型银河宇宙线能谱屏蔽90%的高能粒子。     

行星际磁场的螺旋扇形过渡区

从行星际磁场的大尺度螺旋形构型和扇形边界附近太阳风流动与冕旒的可能相关,本文得到一个推论,即在行星际空间可能存在一种较厚的螺旋扇形过渡区。行星际磁场和太阳风的实地观测证实了这种较厚的螺旋扇形过渡区的存在。在所分析的45个螺旋扇形过渡区中,磁场强度都不为零;大部分大于或小于周围平均场强。本文进一步分析了磁增大和磁减小两类过渡区中的物理性质和可能成因。      

流向磁场作用下二维磁流体槽道湍流直接模拟

对低磁雷诺数近似下流向磁场作用的二维磁流体槽道湍流进行了直接数值模拟(DNS,Direct Numerical Simulation),给出了 Re=10 000时不同磁相互作用数下二维磁流体槽道湍流的近壁速度分布、湍流脉动速度均方根、雷诺应力等统计量的变化,并与中性流体二维槽道湍流进行了比较.结果表明:流向磁场作用会导致对数区上移;雷诺应力最大值随磁相互作用数呈线性变化;随着磁相互作用数的增大,下壁面平均涡量的时间演化由拟周期性向周期性转变,且脉动周期逐渐增大并当流动层流化后下壁面平均涡量成为常值.      

地球弓激波的三维模拟

利用磁流体动力学(MHD)全球模拟结果,根据弓激波的跃变特性确定出弓激波位置,建立了一个新的综合考虑了快磁声马赫数、太阳风动压、行星际磁场强度以及磁层顶曲率半径的弓激波三维位型模型.将新模型与以往模型的模拟结果进行比较发现,新的弓激波全球模型结果可靠,解决了部分现有模型不能描述弓激波三维位型的问题.研究结果表明,在行星际磁场北向时,随着快磁声马赫数的增大,弓激波日下点距离减小,但是在行星际磁场南向时,快磁声马赫数的变化对弓激波日下点距离影响不大;弓激波位型在赤道面与子午面上存在明显的不对称性,而且随着行星际磁场的转向,这种非对称性也会发生相应改变;行星际磁场南向,B_z值较小时,子午面内弓激波位型已经不是简单的抛物线,出现了明显的类似于极尖区磁层顶的凹陷变化区.      

ERT/UTT双模态传感器尺寸优化仿真

针对电阻/超声双模态层析成像传感器配置优化问题,提出管道同一截面内配置电极与超声探头,实现对管道内同一被测对象同一时间的检测。采用数值仿真方法,考察电学敏感场与超声敏感场在管道内分布情况,优化双敏感场的互补信息获取范围,获得被测场域内同一被测对象的多敏感信息。为降低被测截面内电极对超声敏感场的影响,定义双敏感场的最优灵敏度与均匀度,利用数值仿真方法对电极与超声探头的安装结构与尺寸进行优化,最终获得16电极与16超声探头间隔放置的最优空间结构与相对尺寸。     

超声振动切削中的自动调谐技术研究

在超声振动切削中,由于系统的发热及加工负载的变化,机械谐振系统的谐振频率会在较大范围内发生变化.若超声波电源的工作频率不能自动跟踪机械系统的谐振频率,超声振动切削就无法持续稳定地进行.为了解决上述问题,分析了超声振动切削系统的组成,剖析了系统中超声换能器的电阻抗特性,提出了根据换能器中电压和电流的相位差来调整超声波电源工作频率的自动调谐方法,并设计了相应的自动调谐系统.试验结果表明:该自动调谐方法在加工条件变化的情况下能使切削系统始终工作在谐振状态,实现连续稳定的振动切削.      

超磁致伸缩作动器小回线动态J-A模型

超磁致伸缩作动器（GMA）输入输出之间存在着磁滞非线性关系,当研究其中高频输出特性时,为了降低材料自身迟滞非线性特性的影响,往往选用零点与饱和状态之间线性度较好的不饱和小回线,因此很有必要开展动态不饱和小回线数学模型的研究。首先在综合研究磁致伸缩材料（GMM）和GMA结构动力学特性的基础上结合安培环路定理提出以励磁电流为输入、应变为输出的动态Jiles-Atherton（J-A）模型,然后在引入磁滞回线特性变量的基础上得出J-A模型关键模型参数对其特性的影响规律,根据不饱和小回线仿真与实验波形的偏离特性提出模型参数的修正方法得到不饱和小回线动态J-A模型。最后,在不同频率和不同饱和幅值下通过实验验证该数学模型的正确性。      

无刷直流电动机旋转感应电压的分析与计算

系统地推导了无刷直流电动机旋转感应电压的通用计算公式,并以这些公式为基础,详细研究了气隙磁密平顶宽度、分布绕组、短距、分数槽、斜槽等因素对旋转感应电压的影响,给出了在保证旋转感应电压是平顶宽度为理想值的梯形波时,转子磁钢和定子绕组设计时应考虑的因素.本文的研究内容为高性能低转矩波动无刷直流电动机的设计提供了理论基础.      

高精度球面洛伦兹力磁轴承设计与分析

针对柱面洛伦兹力磁轴承(LFMB)偏角有限导致磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)力矩输出持续时间短和气隙磁密均匀度低影响控制敏感精度的突出问题, 提出了一种高精度球面LFMB设计与分析方法。所设计的LFMB转子球面导磁套和定子球面绕组均与双球面陀螺转子同球心, 气隙呈球壳状, 保证转子偏转时定子绕组两侧气隙宽度不变, 相较于柱面LFMB, 转子可偏转角度由±0.6°扩大到±2°。利用等效磁路法推导了柱面与球面LFMB气隙磁密的数学解析模型, 并基于ANSYS命令流构建了柱面与球面LFMB的有限元仿真模型。仿真结果表明:在转子可偏转范围内, 沿偏转中心线, 球面LFMB最大磁密较柱面下降了34.1%;当转子不偏转时, 球面LFMB绕组截面内的磁密均匀度较柱面提高了11.6%;当转子偏转时, 球面LFMB绕组截面内的磁密均匀度较柱面提高了17.7%。所提方法为磁悬浮控制敏感陀螺控制与敏感性能的提升奠定了基础。      

Magnetic flux expulsion as an acceleration mechanism for stellar winds

Observations of the Sun show that magnetic flux is emerging through the surface in small scales in rather copious amounts. In order to maintain a steady state field strength, this flux must either be locally dissipated or explelled or both. We believe that magnetic reconnection and subsequent flux explusion is the most effective manner in which to achieve this. If new flux emerges into an already preexisting coronal magnetic field, the ambient field must be pushed aside to allow room for the new flux. If the ambient field strength decreases outward with radial distance as is expected for all stars, it may pinch off the emerging flux through magnetic reconnection and expell it outward. The net force on an isolated diamagnetic plasmoid produced by this process is shown to assume a particularly simple form, depending only on the plasmoid's mass, its temperature, and the radial gradient of the logarithm of the undisturbed magnetic pressure. If a sufficient number of these magnetic elements are produced per unit time, this process translates to a net outward magnetic force on the coronal plasma which can be greater that the gas pressure force. Thus, a stellar wind can be produced by magnetic forces alone without the need for a high coronal gas pressure — a mechanism which could be effective in explaining why stars, such as the late-type giants, which possess cool coronae nevertheless exhibit vigorous coronal expansions.     

飞行器结构缝隙电磁散射问题的研究

提出了求解飞行器表面结构缝隙电磁散射的方法,由场等效原理及场连续条件,运用矩量法解关于缝隙口面上等效磁流为未知数的方程,由此得到长直缝隙口面上的等效磁流的数学模型,基于上述理论,由座舱结构缝隙建立无了大导电曲屏面上的缝隙的数学模型,将曲屏面上缝隙给合理划分成若干个似的直缝隙,求解每一段直缝隙的等效磁流,由辐射积分方程求解该等效磁流的散射,由这些散射场的叠加得到曲屏面上的缝隙的散射场,最后给出飞行器     

立方体式考夫曼离子推力器极靴结构设计

考夫曼离子推力器因具有高比冲、高效率、长寿命等特点,是应用于航天器电推进类型之一。过去研究主要集中在轴对称柱状结构考夫曼离子推力器,然而对于未来模块化立方体卫星,立方体构型推力器非常适合多推力器的组合、多推力器羽流集中中和,结构紧密并且减少航天器附件。为此,基于自主设计的立方体式考夫曼离子推力器,采用三维数值仿真方法对推力器放电室进行了计算分析,获取了不同阴极极靴内径下推力器放电室磁场分布,对比研究了不同极靴构型下放电室电子密度分布和电子温度分布。结果发现,增大阴极极靴内径使得磁场分布均匀性变差,放电室内壁电子温度升高,电子损耗增大,放电室出口离子密度降低。因此,对于本立方体考夫曼离子推力器,长宽高为15mm×12.5mm×15mm的阴极极靴构型最佳,既可保持较低的壁面电子温度,又有利推力器出口的离子均匀性。