稳态等离子体发动机磁场设计的发展及其展望

论述了稳态等离子体发动机对于我国空间发展战略的重要意义和作用,指出磁场设计是提高稳态等离子体发动机性能的关键技术之一;分析了稳态等离子体发动机通道内磁场设计的发展过程,在此基础上提出了用于稳态等离子发动机磁场设计的体系化构想,并且指出了其中存在的一些关键问题和拟采取的解决措施以及磁场体系化设计对稳态等离子体发动机带来的预期效益和影响;最后展望了稳态等离子体发动机磁场设计体系的进一步发展和应用。

RKA引导磁场设计研究

本文为RKA设计了一套秒级脉冲磁场系统,该系统主要由磁场线圈和磁场电源两部分组成,磁场线圈通过迭代获得所需截面形状,之后进行了必要的电磁参数设计,对与之配套的磁场电源提出了主要技术要求和时序控制问题。最后初步测试了RKA磁场位形情况,经测试,该秒级脉冲磁场性能稳定,满足RKA磁场约束要求。

螺线管磁场设计的简易仿真分析方法

运用磁学理论和仿真软件,从漆包线和通水导线两种方案,分析讨论了在体积较大磁感应强度较高的磁场设计需求下,螺线管的尺寸、重量和散热问题。为工程实践提供参考,设计理念、思路和方案也将为相关设备的设计制造提供借鉴。

30cm口径离子推力器磁场设计

为了对30cm口径离子推力器的磁场设计提出合理建议,研究了四极磁场结构下,不同尺寸的磁极宽度和磁极间距对磁极表面磁场强度和放电室电子约束长度的影响,并利用Maxwell-3D磁场分析软件得到柱段和锥段永磁体分别呈30°,60°和90°夹角时的放电室磁场强度分布,根据不同磁场强度计算了电子温度、离子密度以及电离率等推力器放电参数。结果表明,当推力器放电电压为30V时,磁极长度设计为0.008m且磁极间距取为0.12m,电子约束路径大约为50m;柱段和锥段永磁体分别呈30°,60°和90°夹角时,放电室磁场等势线基本在0.002~0.005T之间;永磁体夹角为60°时磁场分布和磁空区相比30°和90°夹角更为合理,此时的电子温度约在2~6eV,等离子体密度约在4×1017~8×1017 m-3,电子碰撞频率比率约在0.2~1.8范围内。

导弹舵机平台磁电编码器的磁场设计与装配误差仿真分析

针对空空导弹舵机对位置反馈元件的高精度、高可靠性、小体积等要求,通过磁场设计和仿真分析,设计了一款基于导弹舵机平台的小型单磁极高精度磁电编码器;并通过仿真分析,研究了存在同心偏移、对角偏转、对称偏转等形式装配误差情况下,磁电编码器的输出特性,为后续的精度补偿打下基础。

磁屏蔽霍尔推力器磁场设计及实验验证

磁屏蔽能够有效减缓等离子体对霍尔推力器放电室壁面的腐蚀,是延长推力器寿命的有效途径,可以将霍尔推力器的寿命提高至满足长寿命航天任务要求的水平,有巨大的发展潜力。对磁屏蔽技术原理进行了分析,以口径120mm的霍尔推力器为对象进行了磁场设计和验证实验。提出了一种壁面磁力线向阳极弯曲程度最大且与壁面尽量不相交的磁场构形,是该实验样机壁面磁力线等势程度最高的构形,10h点火后磁屏蔽构形壁面腐蚀状况与传统构形壁面相比,全部壁面被沉积的黑色物质覆盖,显著减少了离子对放电室壁面的腐蚀。验证了该磁屏蔽磁场构形的显著效果,并对该磁屏蔽霍尔推力器的性能进行了初步研究,阳极流量62sccm、放电电压300V下的最优效率为54.23%,对应的羽流状态为“长筒状”。

2.45GHz ECR强流等离子体源核心部件设计与实验研究

电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)等离子体源能产生高电荷态离子、高流强的单电荷态离子,提供稳定的束流和良好的重复性.核心部件的设计对ECR等离子体源是至关重要的,磁场对等离子体的生成和分布有直接影响,良好的磁场可以提高等离子体的性能和效率.采用有限元分析方法对ECR等离子体源磁场进行分析与设计,得到了满足设计需求与目标的磁场位形,通过高斯计对设计的永磁环轴向磁场精确测量,发现磁场仿真结果与实验结果吻合比较好,只是轴向磁场最大值及对应位置上有点偏差.通过集成实验,研究核心部件对离子源引出束流强度的影响,引出束流稳定且强度达到7 mA.

高功率激光装置中瞬态磁场信号的研究

现有高功率激光装置中瞬态磁场测量装置未考虑屏蔽性能和信号还原。为了准确地对打靶后产生的瞬态磁场进行分析,根据瞬态磁场的频率范围和特点,基于电磁感应原理,采用黄铜作为屏蔽材料,利用皮革作为绝缘材料,设计并研制了一款适用于高功率激光装置中瞬态磁场测量的传感器。频率响应达到500 MHz,完成了相应瞬态磁场的测量,为高功率激光装置的电磁干扰、电磁兼容方面研究提供了测试手段和数据支撑。

离子治疗装置Gantry超导线圈小尺寸样机的设计及高精度成型

离子治疗装置Gantry超导线圈的高精度成型问题的研究,可以一台小尺寸斜绕线螺线管型超导四极磁体样机为目标,开展倾斜螺线管型超导线圈的三维设计、复杂线圈成型设备研制、超导线圈成型工艺研究和超导线圈样机性能测试等工作,旨在验证三维线圈高精度成型设备系统及工艺方案的可行性,为倾斜螺线管型线圈应用于离子治疗装置积累宝贵经验。通过分析测试数据,确认小尺寸倾斜螺线管型四极磁体制作工艺符合预期目标。

LHT100推力器磁场工程设计的关键参数研究

为了实现理想磁场,对LHT100推力器磁场工程设计的关键参数进行了系统研究。基于经典磁场理论,采用有限元分析方法,分别从线圈安匝数、磁极间距和磁屏三个关键参数开展仿真研究,得到各关键参数与LHT100推力器磁场形貌及强度的相互关系。研究结果表明:当内外线圈安匝数分别为800A和400A;磁极间距为27mm,采用磁屏设计时可获得理想磁场,对该理想磁场进行测试验证,最大误差小于5%。

某500 kA大型铝电解槽设计和测试情况概述

文章介绍了500 kA级大型铝电解槽的设计思路。母线设计采用了新型抗扰动稳流母线配置技术,解决了生产过程中当台槽不稳定时对上下游电解槽的扰动问题,并大幅度提高了端头槽的稳定性;内衬设计采用双平衡电解槽技术,采用区域保温,优化内衬结构,使电解槽形成了良好炉帮形状;槽壳采用整体焊接直角槽壳技术,明显改善了应力集中,槽壳变形小。并与测试和生产数据作比较,生产与设计形成了一个闭环,支撑了设计。

一种新型高效能双差动音圈电机设计与实现

针对高支撑刚度、大推力输出的需求,提出了一种双音圈差动结构、轴向支撑的新型音圈作动方法,实现了在紧凑结构空间内磁能的最大化利用,提高了音圈电机的效能。首先进行了结构设计,利用两块环状永磁建立了内外圈两个工作磁隙,每个工作磁隙采用一组差动音圈。然后进行了磁场设计,进行了有限元模型分析,以磁场均匀性和磁场强度为目标进行了结构参数的优化。最后,加工制造出样机,进行了实际的输出力特性测试、频率特性测试,测试结果表明:该差动音圈电机具有较高的推力,在运动范围内,推力平稳,效能满足设计预期。

串列加速器电离性束流截面探测器设计

基于GIC 4117串列加速器束流引出线束流测量需求,开展了电离型束流截面探测器设计工作,主要包括系统收集信号强度的计算,采用有限元软件进行电场系统、磁场系统优化设计,给出了电场系统与磁场系统设计参数。通过引入辅助磁场,测量系统能够实现束流轨道的自动校正,系统对束流的影响可以忽略。对影响测量精度的电离电子横向位置偏移进行了分析,并对电离电子进行轨迹跟踪。跟踪结果表明:电离电子在横向位置的运动偏移可以控制在0.3mm以内,与理论分析一致。

FRIB超导螺线管电磁设计

文章介绍了利用有限元磁场计算软件Vector Fields Opera对FRIB超导螺线管的聚焦螺线管和矫正二极磁体的电磁设计,为后续的机械设计提供设计依据.

多弧离子镀中磁场控弧技术的研究进程与展望

对多弧离子镀中控弧磁场技术及其在改善弧斑运动特性方面的应用进行了介绍。以静态控弧磁场和复合动态控弧磁场为基础,对横向磁场/轴向磁场分解、锐角法则及其具体应用进行了详细分析,进而讨论了不同结构控弧磁场的优势和局限性。最后指出了控弧磁场技术目前存在的问题和今后重点研究的方向。

悬线式力矩器磁路设计中的有限元分析应用

光学头力矩器的空间磁场分布直接决定了力矩器的动态性能,对磁场进行准确分析是力矩器设计的前提。分析了悬线式力矩器的空间磁场产生机理,并采用有限元分析法进行了理论推导。以一款动线圈式二维对称型只读悬线式力矩器为例,采用有限元仿真软件(ANSYS)分析并设计了其空间磁场分布,对影响力矩器空间磁场分布的相关因素进行了分析。将采用有限元法对悬线式力矩器空间磁场仿真计算得出的力矩器动态特性参数与实测力矩器动态特性参数相比,其结果均符合力矩器的设计要求,证明基于有限元分析法的悬线式力矩器空间磁场设计是可行的。

导引磁场控制相对论速调管放大器电子束收集的方法

通过改变磁场位形,利用粒子模拟方法,研究了相对论速调管放大器(RKA)中电子束收集位置对器件效率和工作稳定性的影响。合适的电子束收集位置对增加输出腔区束波作用强度、减小输出腔区强流电子束的空间电荷势能以及减少RKA中反射电子数量非常有利。对一个工作频率2.85GHz的RKA的电子束收集方式进行了改进,在电子束参数为510keV和8.1kA,注入微波功率500kW和导引磁场1.5T时,模拟得到了1.4GW的微波输出,效率33.7%,增益33.8dB,改进电子束收集方式之前的模拟结果为输出功率1.1GW,效率为26.3%。利用Surperfish设计了改进收集方式后所需的磁场位形,并导入粒子模拟程序进行了模拟,实现了对电子束收集位置的有效控制,输出效率为32%。

磁屏尺寸对霍尔推力器性能影响的仿真研究

磁屏作为霍尔推力器磁路系统的重要组成部分,其尺寸对磁感应强度分布具有重要影响。为探究其中的影响规律,以一台低功率霍尔推力器为研究对象,首先采用Maxwell有限元方法软件对磁屏在不同的轴向和径向尺寸下形成的磁场进行仿真,结果表明一组尺寸使推力器磁场位形达到最优。然后以该尺寸作为设计标准,采用PIC方法对霍尔推力器在阳极电压及气体流量分别为200 V及0.8 mg/s条件下放电通道内等离子参数分布进行仿真。最后根据离子速度和数密度等参数,计算得到推力器的推力、阳极比冲和阳极效率分别约为6.9 mN、880 s及41.89%。该仿真为霍尔推力器的磁场设计提供理论依据,为未来的实验研究提供数值参考。

航空航天用电磁离合器磁场优化设计与仿真

为优化航空航天用某型号电磁离合器的磁场性能以满足某项目要求,文中对其磁场部分运用数值计算方法进行了优化设计,并运用ANSYS Workbench根据航空航天环境对磁轭进行了模态分析,根据优化设计相关数值对摩擦片与衔铁进行了静力学分析。研究结果表明,原先离合器扭矩为,而优化后的磁场可产生的电磁力,电磁离合器转矩容量为,在此条件下的零部件机械性能可满足项目需求,验证了优化该电磁离合器磁场的合理性与可行性。

基于PIC-DSMC算法的嵌套霍尔推进器仿真性能研究

随着航天技术的发展,新型嵌套式霍尔推进器解决了传统单通道霍尔推进器功率不高和运行模式单一的问题,在航天领域发挥着愈加重要的作用。为了研究质量流量和磁场强度对嵌套型霍尔推进器性能的影响,本文采用PIC-DSMC算法,追踪和模拟等离子体粒子在电磁场作用下的运动和碰撞过程,对羽流场进行仿真。模拟结果表明:质量流量和磁场强度对推力贡献成正相关,推进器的比冲和羽流发散角则会受到双通道的综合影响。适当增大内通道的运行功率能够提升推进器整体效率。本文的模拟结果初步证明了嵌套霍尔推进器运行工况和磁场设计的可行性,并进一步为推进器的实验和优化提供了数据支持。