LIPS-300离子推力器环形会切磁场等效磁路分析研究

针对多种工作模式下推力器放电室磁路设计的复杂性问题,为实现电磁体磁场向永磁体磁场的磁路转换,利用磁路等效法,建立离子推力器磁路系统的等效磁路模型。在此基础上,结合有限元理论,分析获得产生与电磁体磁场的磁路构型相同的永磁体结构尺寸,将离子推力器放电室在永磁体磁场状态与电磁体磁场状态下的磁感应强度进行对比。结果表明:磁路转换后关键点磁感应强度相对误差低于5%,且永磁体样机工作放电损耗为141.8W/A,阳极震荡电压为10V,符合磁路转换要求和磁场设计目标,验证了等效磁路模型分析结果的正确性及方法的可行性。     

基于等效磁路的LIPS-200离子推力器磁场特性

以放电室阳极振荡电压和放电损耗的最小化为目标,结合正交试验方法,获得了性能提升后可实现长期稳定工作的LIPS-200离子推力器最佳磁路结构与磁场构型。基于此,运用等效磁路方法,采用有限元离散形式,建立了LIPS-200离子推力器放电室磁场模型,研究了特定空间排布下电磁体的永磁体替代方案。利用放电室磁感应强度测试和整机工作性能对比验证了永磁体替代方案的等效性及分析方法的可行性和计算结果的正确性。结果表明:两种磁场状态下的推力器放电室特征位置磁感应强度相对误差低于5%,且推力器工作敏感参数变化情况符合预期,满足磁路等效目标,达到磁路结构再优化,工作性能再提升的整体目标。      

自励模式霍尔推力器设计

为实现P70霍尔推力器自励模式稳定放电运行,分别设计了满足自励模式放电要求的磁路和电路。其磁路设计是基于霍尔推力器他励运行模式最优放电性能参数和磁势不变原理,采用FEMM有限元磁场计算软件建模,将推力器内铁心半径由7 mm减至4 mm,可得到满足自励模式运行要求的优化磁场。针对电磁线圈串入主放电回路不同位置对放电的影响,考虑电磁线圈绝缘要求,提出将电磁线圈串入放电电源负极性端,整体电路设计可使放电可靠。性能对比实验表明,自励模式与他励模式性能接近,在放电电压为420V时,自励模式最高效率达到61%。自励模式实验获得了稳定放电,且放电电流低频振荡幅值很小。     

P70霍尔推力器新型缓冲腔磁路对预电离及放电的影响

为有效利用从P70霍尔推力器放电通道进入缓冲腔的快电子能量,考虑两个磁场特征以提高缓冲腔预电离率。一是提高磁感应强度,二是缓冲腔内从气体分配器到放电通道方向的负梯度。采用FEMM有限元磁场计算软件,在不改变推力器电离和加速通道内优化磁场特征的前提下,设计的新型缓冲腔磁路满足上述磁场特征。放电实验结果表明,在新型缓冲腔磁路下放电电流低频振荡幅值更小。新型磁路有助于延长推力器寿命,有助于电离和加速通道内电离与加速区的分离。     

氪气工质霍尔推力器束聚焦特性研究

以研究氪气替代氙气作为霍尔推力器工质时,等离子体束发散程度大等束聚焦特性问题为目的,通过以霍尔推力器磁场参数、放电电压和阳极工质流量分别作为单一变量进行实验研究,考察其对推力器等离子体束聚焦影响情况。使用HET-P70霍尔推力器进行相关实验,通过改变磁场参数来研究磁场位形对氪气工质推力器性能的影响,最终发现合适磁场位形形成的磁聚焦状态,即实验一中的工况3,可以使羽流发散角达到11.5°,此时推力器放电电压在400V,阳极工质流量3mg/s。另外,通过实验二和实验三,考察阳极工质流量和放电电压对氪等离子体束聚焦的影响机理,发现两个放电参数的变化主要改变了中性气体主电离区位置,进而影响等离子体束聚焦状态。电离位置在设定工况下外移9%,会使得羽流发散半角增大约12°。所以,磁场位形和中性气体的电离位置是影响氪等离子体束聚焦的重要因素,在对氪气霍尔推力器进行设计优化时应予重点考虑。     

LHT-100自励磁霍尔推力器热特性测试和热真空实验研究

为了验证LHT-100自励磁霍尔推力器工作状态的热特性和空间环境适应性,对霍尔推力器进行了工作状态热特性测试和热真空实验研究,给出了LHT-100霍尔推力器在工作状态下关键部位的温度升高和自然降温规律,分析了自励磁霍尔推力器在常温下启动达到热平衡过程中的推力、比冲、放电损耗等随时间的变化规律,并在带过渡板情况下开展了霍尔推力器的热真空环境实验。实验结果表明:LHT-100自励磁霍尔推力器在工作近3.5h内达到热平衡,关机5h后霍尔推力器整体温度自然降至室温,在常温下启动达到热平衡过程中霍尔推力器的放电电流、推力、比冲、放电损耗等指标在正常范围内,霍尔推力器在热真空环境中启动和工作正常,霍尔推力器零部件及其材料对高低温变化环境的稳定性和适应性较好,能够适应高低温变化的环境影响。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

稳态等离子体推力器磁场设计与数值分析

首先分析了稳态等离子体推力器性能对磁场的要求，据此介绍了磁路系统的工程设计原则和方法；然后，采用ANSYS大型有限元分析软件对一个具体的稳态等离子体推力器在额定工况下的磁场进行了计算，获得了满意的结果，通过对结果的分析获得了对有关现象的直观深入的认识，为所计算具体推力器的改进设计提供了线索；同时，也证实了以ANSYS为软件平台的稳态等离子体推力器磁路系统计算机数值仿真辅助设计的可行性和有效性。     

单线圈小功率SPT设计及实验

为了研究小功率SPT（稳态等离子推力器）内部的磁场分布和性能特性,应用参数化方法研制了单线圈小功率SPT。利用简化模型计算了磁场分布,并与实验进行对比,对其整体性能特性进行了实验研究。磁场测量结果和计算结果基本吻合,说明简化计算模型的可行性;实验中SPT能够顺利点火,性能测试结果达到了设计要求,结果表明,SPT可稳定工作在100～450W;当出口最大磁感应强度为300Gs,梯度为300Gs/cm时,SPT效率较高。     

磁路温度对霍尔推力器放电热稳定性的影响

为研究磁路高温性质变化对霍尔推力器放电热失稳的贡献及影响机理,对不同磁路温度下推力器的工作磁场强度开展了实验测量,对磁路温度变化与通道内等离子体放电行为变化的交互影响开展了Particle-in-Cell数值模拟研究。实验结果表明,当磁路温度由室温升高到600℃时,推力器的工作磁场强度发生了衰减,尽管衰减量不大(约5%)。模拟结果表明,磁路高温引起的场强衰减改变了推力器放电时的电导率及电势分布,进而对电子能量各向分布、粒子密度分布等造成了影响,促进了电子在壁面的通量及能量损失,主导了壁面等离子体沉积功率的增加,从而进一步加剧了磁路温度的增长。这是一个具有正反馈性质的过程;因此,若不能通过外部手段有效控制磁路温度,将诱发霍尔推力器的放电热失稳。     

核磁共振陀螺用高均匀磁场线圈设计方法

核磁共振陀螺代表了新一代高精度、微小型陀螺的发展方向之一,随着陀螺体积的降低,磁屏蔽层与磁场线圈随之减小,且二者贴合更加紧密,高导磁性的磁屏蔽层及低导磁性的空气介质交错分布,改变了线圈的磁通路径,导致线圈的磁场均匀性下降,制约了陀螺精度的提高。针对这一问题,提出了磁场等效增益系数,模拟磁屏蔽边界对线圈磁场的影响,据此建立了磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈模型,优化了线圈参数。对所设计线圈的磁场均匀性进行了测试,表明该设计方法可以得到磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈,可为发展微小型、高精度的核磁共振陀螺高均匀磁场线圈设计方法提供参考。     

AlNiCo合金中α1相取向程度对磁稳定性的影响

AlNiCo合金具有优异的温度稳定性和磁稳定性，在惯性仪表中广泛应用，其磁稳定性对于仪表的精度和寿命具有重要影响。AlNiCo合金中主要包括强磁性的α1相和弱磁性的α2相，通常情况下取向一致的α1相为磁体提供矫顽力和磁化强度。通过磁场热处理的方法控制α1相的取向，研究其对磁稳定性的影响规律，探索提高AlNiCo合金磁稳定性的新思路。研究发现，随机取向的AlNiCo-0样品虽然矫顽力和剩磁较低，但是具备更低的磁粘滞系数，稳定性优于各向异性的AlNiCo-0.25样品，这主要是由于其能垒分布更加平缓。微磁模拟的结果进一步表明，取向垂直于易轴的α1相更有助于形成稳定的磁畴结构。     

基于自由基对理论的仿生磁航向传感技术

针对国内外的最新研究进展,本文分别从生物地磁导航的磁感应机制发展、不同磁敏材料的合成制备、磁敏材料的磁场效应检测及其灵敏度的提升等3个方面进行了详细的分析论述,着重对不同种磁敏材料的磁敏性能以及各自在响应磁场大小及方向上的优劣作了对比与分析。最后,在此研究的基础上总结了目前生物地磁导航研究所面临的困难及其发展前景。未来对满足磁感应机制的磁敏分子的更深一步研究将进一步推动仿生磁传感技术的发展,并最终走向实际应用。     

实测数据与标准地磁模型的比较

利用国际标准地磁模型,可以计算出任意点的磁场强度。本文对“风云一号”卫星的磁强计测量数据与标准地磁模型计算结果进行了平静期吻合性的比较。分析了地磁强度绝对值的地理分布规律以及平静期南大西洋磁异常区的数据变化情况,为进一步分析地磁扰动时期的变化情况打下基础。     

磁场对霍尔推力器放电特性及性能参数影响的粒子模拟研究

磁场强度及位形对霍尔推力器放电过程有显著影响。根据霍尔推力器通道尺寸和等离子体放电过程建立二维物理模型,采用粒子模拟方法,研究了不同磁场强度及位形等离子体放电特性,讨论了推力、推功比及放电电流的变化规律。模拟表明:当中轴线磁场强度峰值小于200G时,磁场对电子轴向传导约束减弱;当磁场强度峰值在200G～420G时,电子温度、电离率及电子与壁面碰撞频率降低,出口处离子径向速度增大,壁面腐蚀增加;当磁场强度峰值为280G时,加速区最短,放电电流最小。不同零磁点磁场位形会改变通道电离区和加速区位置,影响推力器放电性能。     

基于热磁耦合分析的高性能磁屏蔽系统设计

近零磁工作环境是实现无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置的必要条件,但在实际中由于装置内部气室加热和环境温度变化引起的磁屏蔽性能变化是影响系统性能的一个主要因素.基于热-磁耦合理论建立了惯性测量装置的有限元分析模型,对加热条件下磁屏蔽筒内磁场均匀性及其剩余磁场进行了分析.结果表明,气室加热至200℃时,附近温...     

Eruptive prominences as sources of magnetic clouds in the solar wind

Large amounts of coronal material are propelled outward into interplanetary space by Coronal Mass Ejections (CMEs). Thus one might expect to find evidence for expanding flux ropes in the solar wind as well. To prove this assumption magnetic clouds were analyzed and correlated with H-observations of disappearing filaments. When clouds were found to be directly associated with a disappearing filament, the magnetic structure of the cloud was compared with that of the associated filament. Additionally the expansion of magnetic clouds was examined over a wide range of the heliosphere and compared with the expansion observed for erupting prominences.     

磁力支承复合水润滑轴承动力学及摩擦学性能研究

为减小轴承接触摩擦力及其对轴系振动的影响,基于磁力支承技术,设计一种全新的集成永磁支承力的复合式水润滑轴承,并对其摩擦学及动力学性能进行分析.研究发现:该设计能有效改善轴承润滑状态,最小液膜压力能提高79.6％,最大液膜压力减小幅度达75.7％,同时,艉轴稳定性保证在1～8,远大于其稳定性阈值0.02,该设计为未来船舶...     

Coronal magnetic field evolution under reconnective relaxation

The nonlinear evolution of a partially open coronal magnetic configuration is considered, assuming that corona responds to photospheric footpoint motions by small-scale reconnection events that produce a relaxed lower-energy state while conserving the global magnetic helicity of the system. The results of numerical calculations for such a relaxed equilibrium show an essential role of the amount of helicity injected to the closed-field region. If photospheric perturbations are incoherent (small-scale shearing with inefficient helicity injection), the relaxed state becomes close to an initial potential field. In this case reconnective relaxation does not result in a substantial global evolution, just providing heating of the corona (Vekstein et al, 1993). On the contrary, sufficient injection of the magnetic helicity can lead to a considerable restructuring of the coronal magnetic configuration, with possible change of its topology (formation of magnetic islands), and even catastrophic loss of equilibrium (Wolfson et al, 1994)     

Observational support of reconnection in solar flares

We present a detailed analysis of the magnetic topology of flaring active region. TheH kernels are found to be located at the intersection of the separatrices with the chromosphere when the shear, deduced from the fibrils or/and transverse magnetic field direction, is taken into account. We show that the kernels are magnetically connected by field lines passing close to the separator. We confirm, for other flares, previous studies which show that photospheric current concentrations are located at the borders of flare ribbons. Moreover we found two photospheric current concentrations of opposite sign, linked in the corona by field lines which follow separatrices. These give evidence that magnetic energy is released by reconnection processes in solar flares.