超导磁悬浮储能及姿控飞轮的永磁结构仿真

针对一种微小卫星使用的超导磁悬浮储能及姿控飞轮结构,采用H方法(以磁场强度H作为独立变量)对飞轮的永磁结构转子与超导结构定子进行了耦合磁场分布和悬浮力的仿真分析。通过对比3种尺寸相同但构型不同的永磁结构,确定采用悬浮力最大且敏感元件区域磁场强度最小的Halbach构型作为飞轮转子的永磁结构。通过调整Halbach构型的中心磁体宽度和高度,并保持永磁结构的总体尺寸不变,以悬浮力最大为优化目标,兼顾敏感元件区域的磁场强度,获得了结构最优的Halbach构型永磁结构,计算悬浮力大小约1 084 N。     

磁悬浮控制的主动式隔振平台研究

磁悬浮隔振是一种新型的电磁力控制主动式隔振技术，在介绍磁悬浮隔振平台的基本原理基础上，分析了磁悬浮隔振的机理和特性，推导了其动态模型，论述了磁悬浮隔振控制策略，进行了隔振效果的计算机仿真，并以一个磁悬浮隔振试验装置为对象，进行了试验和测试。     

固体火箭发动机磁悬浮试验架系统动态性能分析

在磁悬浮系统数学模型的基础上,将磁悬浮试验架对发动机的悬浮支承等效为质量一弹簧．阻尼系统。计算了磁悬浮试验架的刚度、阻尼及固有频率,计算结果得到了试验的验证。表明除系统机械设计参数外,控制方式及控制器参数是影响系统动态特性的关键因素,并通过仿真说明了控制器参数对系统动态性能的影响。为设计适合发动机试验的磁悬浮系统提供参考。     

永磁同步电机非线性实时模型建模设计与验证

针对永磁同步电机多变量、非线性及强耦合的复杂系统,利用有限元分析软件建立了高精度的永磁同步电机实时模型,并通过d SPACE实时仿真系统将虚拟电机运行在仿真器中,与真实控制器等物理设备连接,构建了永磁同步电机硬件在环实时仿真测试平台。通过对电机输出特性的测试,与真实电机系统的结果进行对比和分析,验证了所设计的永磁同步电机非线性实时模型及硬件在环实时仿真测试平台的有效性。为电机非线性实时模型的设计提供了参考,并为电机的控制一体化方案提供了便捷和有效的验证平台。     

航天飞机精密指向平台系统

航天飞机精密指向平台,是磁悬浮角动量轮和稳定平台控制技术相结合的新型部件,亦称环状悬浮和指向系统(ASPS).该系统由两部分组成,一部分是安装在航天飞机上的双框架机构,提供粗级指向控制;另一部分是磁悬浮微动指向和隔离装置,该组合件安装在双框架机构的内框上,提供精密指向控制.磁悬浮组合件中,利用角动量环控制装置(AMCD)作为三轴控制部件,试验负载安装平台与环固连,以实现精密指向控制和隔离载体扰动.根据地面仿真试验结果,该装置的指向误差不超过0.1角秒. 本文综述了国外有关文献内容,简略介绍该装置的工作原理、结构配置、控制技术以及磁执行机构的设计方法,并简要阐述了该多体控制系统的动态模型建立方法.     

窄边波导缝隙行波天线单柱面紧缩场测试研究

窄边波导缝隙行波天线单元是通过在单柱面紧缩场中测试进行筛选的,通过实际测试,对单柱面紧缩场测试系统有了一定了解,对柱面场的特性、天线校平的方法、外混频需要注意的事项、减小单元天线互耦等方面进行测试研究,已经完成了Ku、Ka两个频段近300根单元天线的筛选测试工作。     

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。     

利用气浮技术进行贮箱晃动试验方法研究

针对某型号大容积贮箱,其晃动特性直接影响到整个系统的动力学特性及轨道控制系统。为了获得该贮箱不同工况下的一阶自由晃动频率,首次提出利用气垫悬浮技术进行贮箱晃动试验的新方法,利用该方法设计出一整套试验系统,该系统包含试验件、激励系统、气浮控制系统、数据采集系统及加注排放系统等。使用试验系统开展不同工况条件下的液体晃动试验,并用CFD软件对该贮箱进行时域分析,结合傅立叶变换最终获得仿真结果。分析比较晃动试验结果、理论计算结果及CFD仿真计算结果,结果显示3种结果一致吻合,测试系统的可靠性和理论CFD仿真结果的正确性均得到验证。     

航天磁悬浮发射脉冲磁流体供能系统方案分析

针对航天发射低成本、安全可靠运输方式的需要,阐述分析了航天运载器磁悬浮发射概念及其能量供给需求。在重点研究了固体火箭燃料脉冲磁流体发电机的关键技术及发展水平后,基于俄罗斯四台“Sakhalin”脉冲磁流体发电机单元,提出和设计了用于助推发射100吨地面载荷(飞行器和磁悬浮橇体)实现4g加速度的能量供给方案,同时分析磁悬浮发射过程中三相直线电机加速和控制的特点,提出可行的逆变器功率转换系统方案。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态高精度高带宽测量方法

针对航天器姿态测量精度和带宽之间相互制约问题,提出一种基于磁悬浮陀螺的航天器姿态高精度、高带宽测量方法。根据刚体动力学和坐标变换原理建立磁悬浮转子径向转动合外力矩模型。在框架静止条件下,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移,计算出磁悬浮转子径向转动所受合外力矩以及磁悬浮转子径向偏转信息,间接得到航天器运动对磁悬浮转子径向转动作用力矩,进而求出航天器单轴姿态角速度和姿态角加速度。不同带宽下的仿真结果表明,本测量方法能同时检测出航天器单方向的姿态角速度和角加速度,并且满足高精度高带宽要求。     

人工辅助心脏用永磁轴承盘式无刷电机设计与研究

介绍了一种应用于人工辅助心脏的永磁轴承无位置传感器盘式无刷直流电动机的结构与电磁场仿真计算方法及结果,并对其温度场进行仿真计算。该电机体积重量小,无机械轴承,避免了对血液的破坏,且运行安全可靠。     

高超飞行器表面热效应地面模拟实验研究

文章深入分析高超飞行器与临近空间大气相互作用的基本物理过程,激波加热及粒子碰撞产生等离子体的物理机制,并利用磁热屏蔽效应在高超飞行器模拟器与高速定向流间建立磁化等离子体鞘层,大幅降低中性激波气体向飞行器的能流传递,从而为高超飞行器提供有效的热防护作用。通过两次比对实验验证了磁热屏蔽效应的有效性及工程实施的可行性,为今后研制高韧性、超轻质、可重复使用热防护复合材料提供了实验数据,奠定了技术基础。实验中利用层流等离子体源作为高能流密度热源是热防护实验装备上的创新,层流等离子体源能流截面大、能流密度高,可以针对高超飞行器表面热效应进行全尺寸的模拟实验。     

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。     

A feedback linearization control for the nonlinear 5-DOF flywheel suspended by the permanent magnet biased hybrid magnetic bearings

The dynamic model of the magnetic suspension flywheel (MSFW) whose rotor is suspended by the permanent magnet (PM) biased hybrid magnetic bearing is nonlinear, complicated and coupled because of the superposition and couple of the electromagnetic flux and PM flux. It is a challenge for the closed-loop controller design of the MSFW. In this paper, the MIMO nonlinear dynamic model of such MSFW has been obtained using the equivalent magnetic flux circuit calculation and integrating the rotor dynamics. A nonlinear Luenberger observer has been designed to estimate the state variables of the system, and then the dynamic model has been exact linearized to linear and decoupled one using the state feedback. At last, a linear controller has been designed based on the obtained exact linearization model. The better abilities of decoupling and disturbance depression of the proposed controller compared to the controllers designed based on the Taylor linearization model are verified by simulations and experiments.     

A practical small satellite variable-speed control moment gyroscope for combined energy storage and attitude control

A recent effort to develop single-gimbal variable-speed control moment gyroscopes (VSCMGs) for a combined energy storage and attitude control subsystem (ESACS) on small satellites has culminated in laboratory validation of the concept. A single actuator prototype comprised of a cutting-edge Carbon Fiber rotor and COTS motor/generator components has been developed, balanced, bench tested, and integrated onto a spherical air-bearing structure. This structure is used to demonstrate the primary capability of a VSCMG to act as a dynamo whilst simultaneously changing a spacecraft's orientation in a controlled fashion. As originally predicted, the actuator's flywheel spins up when energy is supplied (supported via a direct energy transfer power architecture), then spins down when the energy source is removed, porting the energy released to run a resistive load.The work presented gives an overview of the governing principles of the technology, addresses the underlying mission and design requirements, and presents the prototype design. Then, effectiveness of the prototype integrated on a three-axis test article is presented along with its associated test data. Finally, discussion of these results and identification of future research concludes the work. The benefits of this technology for future space missions are that system consolidation permits mass reduction, higher instantaneous peak power is available as compared to conventional secondary battery systems, state-of-charge measurement is readily available from wheel speed feedback, and torque amplification through gimballing permits efficient actuator control. The technology demonstrated is exciting and leaves the door open for future development via inclusion of magnetic levitation.     

小型固体发动机旋转试验用微型点火控制与数据采集系统

为适应固体火箭发动机旋转试验的需要,以MCS—96单片机为主机,设计了一种微型的点火控制与数据采集系统。该系统直接安装在旋转试验台内部。省去了传统的集流环,为以后开展悬浮试验创造了条件。     

运载火箭模态试验仿真技术研究新进展

针对传统数学模型修改技术无法解决大型工程问题的局限性,为了实施模态试验仿真,提出一套适用于航天器复杂结构模型修改新技术,称之为子结构试验建模综合技术。简要综述在运载火箭模态试验仿真技术方面研究的新进展,并介绍两个应用实例:一是CZ-2E运载火箭全箭模态试验仿真与预示,用介绍的模态试验仿真技术成功地预示运载火箭模态参数,预示的模态与随后进行的实尺运载火箭模态试验所测到的模态非常一致,进而验证介绍的仿真技术的可靠性;另一个是CZ-2F载人运载火箭全箭模态试验仿真,它为箭船耦合动力学分析提供了可靠数学模型与数据。这两个大型工程应用实例说明了运载火箭模态试验仿真技术的工程实用性。     

一种组合磁钢叠加磁场洛伦兹力磁轴承设计方法

针对现有洛伦兹力磁轴承功耗较高、工作气隙磁场非均匀性问题,提出一种基于组合磁钢叠加磁场的新型洛伦兹力磁轴承设计方法。首先建立了传统洛伦兹力磁轴承电磁力矩模型,揭示了洛伦兹力磁轴承功耗和控制精度与其磁场性能之间的对应关系。在此基础上,引入了磁场强度均值和磁场均匀度的概念,并以此为依据设计出一种轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的新型方案。其中轴向充磁磁钢产生主磁场,保证工作气隙周向均匀性,辅助以径向充磁磁钢,使磁场主要聚集在工作气隙处。相比现有洛伦兹力磁轴承,在相同尺寸约束条件下,新型洛伦兹力磁轴承径向磁场均匀度提升了8.7%,磁场强度提升了51.8%,周向磁场连续性显著提高。仿真结果表明,新型洛伦兹力磁轴承可以有效降低功耗、提升控制精度,研究成果可为研制超高精度磁悬浮惯性机构提供一条新的技术途径。     

The Fields of Magnetospheric Current Systems on the Earth's Surface in an Interval of the Magnetic Storm Studied under the International Program on Solar–Terrestrial Physics

Using the magnetic storm in January 1997 as an example, we examined the possibilities to employ the magnetospheric field T96 [1, 2] and the dynamic paraboloid model PM of the magnetosphere [3] for modeling the D _st variation. We have revealed the necessity to refine the results of normalizing the free parameters of the model T96 according to the solar wind parameters. The contributions to the D _st variation of magnetic fields of basic large-scale magnetospheric current systems (the field DCF on the magnetopause, the field DR of the ring current, and the field DT in the magnetotail) are estimated for different phases of the storm from model calculations. Possible causes of a discrepancy between the results of modeling D _st using the T96 and PM models are discussed. Special emphasis is made on the ratios of contributions into the D _st variation of the fields of the magnetotail and the ring current in the main phase of magnetic storms and on the contributions to D _st of the fields of various current systems at the recovery phase.