磁等离子发动机超导附加线圈的电磁特性分析

在工程应用上提供附加场的传统水冷铜线圈存在体积大、质量大、电耗高等显著缺点,因此体积小、质量小的高温超导磁线圈在附加场的磁等离子发动机(Applied-Field MagnetoPlasmaDynamic Thruster,AF-MPDT)中的应用受到了广泛关注。文章为满足0.2T的大孔径中心磁场需求,对内径160mm、高度30mm、材料为Bi-2333/Ag的三层双饼高温超导线圈进行了电磁特性试验研究。基于电输运法原理建立了高温超导线圈的临界电流测试系统,测量了不同层级和有无铁板情况下的线圈临界电流I_C。试验发现,不同层级的临界电流I_C最大有12%的差别,以中间层的I_C值最大;聚磁铁板对线圈电磁特性具有正面影响,最高能将I_C值提升42%。文章也开展了超导磁线圈电磁场仿真分析,研究了铁板尺寸和位置对线圈电磁特性的影响,得出了优化的聚磁铁板设计方案。