电磁测力系统研究

介绍了电磁测力系统中静磁场分析与优化、通电线圈位置控制方法及提高线性度的自校准方法。运用Maxwell 3D进行仿真计算,得到了相对优化的磁密及磁均匀性,通过控制通电线圈在磁场中位置及分段线性微分技术,提高了电磁测力准确度。构建了试验装置,对比试验数据表明,该研究措施对于提高电磁测力准确度取得了较好效果。     

环形磁铁空间磁场的解析计算与仿真

从永磁体的磁荷模型出发,运用标量磁位法、广义二项式定理、矢量叠加原理等建立了环形磁铁在磁体外部空间磁场分布的解析表达式,并在MATLAB仿真软件中进行了计算。利用三维数字式特斯拉计实际测量了两种规格的永磁体的磁场分布,利用Ansoft Maxwell电磁场分析软件建立了两种永磁体在磁体外部空间的磁场分布,通过对比解析计算结果、实际测量结果和Ansoft Maxwell仿真结果发现解析表达式很好地反映了永磁环空间磁场的分布规律,误差不超过7％,从而验证了解析表达式的正确性。     

空间磁场环境模拟线圈驱动恒流源设计

针对空间磁场环境模拟线圈磁感应强度0~20 Gs连续可调,磁场稳定度优于1%的要求,采用前级电压源与后级电流源串联的主电路拓扑结构,结合电压双闭环控制和电流闭环负反馈控制的方法,实现了稳定的电流输出,减小了功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功耗,提高了恒流源的效率.测试结果表明:恒流源输出电流0~10 A连续可调,霍姆赫兹线圈中心磁感应强度能达到20 Gs的设计要求,电流稳定度优于0.1%,磁场稳定度优于1%.      

圆电流全空间磁感应强度B的分布

在球坐标系中,由磁感应强度的计算公式毕奥-萨伐尔定律出发,利用圆电流磁场的对称性推导出全空间磁感应强度B分布公式,讨论了圆电流平面上和中心轴线上的磁场,应用C数值计算方法对全空间磁感应强度B公式求解,绘制出磁感应强度分布的主要区域及磁场的空间分布图,并对全空间磁感应强度B分布特点进行了讨论。     

振弦式陀螺电磁驱动结构设计与电磁分析

依据振弦式陀螺的工作原理提出一种振弦式陀螺电磁驱动方案,分析了振弦式陀螺电磁驱动电学模型与动力学模型,初步设计了振弦式陀螺电磁驱动结构,运用MATLAB数值软件设定目标参数和初始值计算得到初始结构尺寸;应用Maxwell电磁软件分析了振弦式陀螺电磁驱动系统中永磁体尺寸、永磁体间距、背磁片、Halbach永磁体阵列等因素对电磁驱动模型气隙磁感应强度的影响;最后优化了振弦式陀螺结构模型并进行了电磁驱动结构模型仿真分析。结果表明,电磁驱动整体结构模型气隙磁感应强度得到很大提升,可以很好地降低陀螺功耗,提高陀螺框架驱动力,优化陀螺结构尺寸,从而验证了振弦式陀螺电磁驱动方案模型的可行性,为振弦式陀螺的结构优化设计与实际产品试制研究奠定了理论基础。     

同轴微阴极电弧推力器的粒子网格法数值模拟

采用粒子网格方法对同轴微阴极电弧推力器μCAT工作过程进行了模拟研究, 并应用自相似方法对模型进行简化,获得了推力器羽流区的电子数密度分布、离子数密度分布、电势分布及离子轴向平均速度,通过改变磁感应强度和位形分析磁场对推力器内等离子体运动特性及推力器性能的影响。计算结果表明,电子被外加磁场捕获约束在磁力线附近,低速离子与高速电子形成的双极扩散电场加速离子喷出;在相同流量情况下,磁感应强度002T时,离子返流严重,磁感应强度005~030T时,磁感应强度变化对速度影响较小;磁场位形对离子运动和推力器性能有较大影响,磁力线与轴线夹角较小时离子速度下降明显,夹角较大时离子返流严重。