超导磁通钉扎连接的作用力及自稳定性分析研究

摘要

航天技术一直都是各国研究的热点和重点，而航天器连接又是其中十分重要的组成部分，尽管现有航天相关技术已经取得了突出的成就，但依靠传统技术，不免存在控制复杂、高成本和高风险的特点。由于存在以上的局限性，因此研究新型航天相关技术十分必要。由于第II类高温超导所特有的磁通钉扎效应呈现自稳定、非接触和抗干扰的特征，因此本论文提出了基于磁通钉扎效应的航天器连接的构想，并设想了一种基于磁通钉扎效应的可控的可重构结构。
　　在理论研究钉扎连接的相互作用力时，本论文将永磁铁与单电流环等效来计算永磁铁的磁矩，提出了通过增加综合性能系数的方式对冻结镜像模型进行修正的方法，利用修正冻结镜像模型对轴向钉扎作用力进行了理论分析，并验证了钉扎铰链的可行性。
　　在实验研究钉扎连接的相互作用力时，在自制简易悬浮力实验平台上采集了零场冷和场冷下悬浮力数据，并与理论推导的公式进行比较。结果显示了精确公式在不同实验条件下都具有较好的对应关系，分析了简单公式具有较大误差的原因，进行了磁滞效应的测量和悬浮力时间弛豫实验，并发现了第二次下降过程中悬浮力并非减小而呈现增大的趋势和悬浮力随时间不仅存在着随时间减小的现象也存在着悬浮力随时间先增大后减小的趋势。
　　在分析由高温超导体和永磁铁组成的钉扎系统时，本论文基于弹簧阻尼模型的基础将钉扎力看作一种特殊的内势力提出了内势力阻尼模型，并通过Lyapunov稳定验证了无重力条件下的自稳定性，利用数值仿真研究了钉扎系统在不同参数下的时间响应，并从数值分析的角度进一步验证了钉扎系统的自稳定性。

目录

超导磁通钉扎连接的作用力及自稳定性分析研究

STUDY ON INTERACTION AND SELFSTABILITYOF SUPERCONDUCTIVE FLUXPINNEDCONNECTION

摘 要

Abstract

目 录

绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 在轨装配和航天器对接技术的国内外发展现状

1.4 超导材料的国内外发展现状

1.5 钉扎作用的研究现状

1.6 主要研究内容

第2章 模块化航天器磁通钉扎连接方式分析

2.1 高温超导体磁通钉扎效应及钉扎作用介绍

2.2 模块化航天器磁通钉扎连接方式

2.3 基于钉扎效应的可重构结构设想

2.4 本章小结

第3章 钉扎连接作用力理论分析

3.1 冻结镜像模型

3.2 钉扎垂向力公式的建立

3.3 本章小结

第4章 钉扎连接作用力实验研究

4.1 实验装置设计

4.2 零场冷实验及修正冻结镜像模型验证

4.3 场冷实验及修正冻结模型的验证

4.4 综合性能系数

4.5 磁滞现象测量和悬浮力时间弛豫实验

4.6 本章小结

第5章 钉扎连接在无重力条件下自稳定性分析

5.1 钉扎系统的内势力阻尼模型

5.2 Lyapunov稳定及判断

5.3 钉扎系统不同参数下的数值仿真

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢