基于Ansoft的Y系感应型驱动线圈优化设计

摘要

电磁推进装置是利用磁场与电流之间的电磁力驱动抛体，最终把抛体加速到一定速度并抛射出去的一类电磁装置。电磁推进装置的优点有很多，像抛体电枢初速度比较高、驱动抛体电枢质量范围较大、能源清洁简易、具有较高的操控性多样性等，使其在未来的军事工业、交通与航天、科学研究、民用工业等各相关领域有着较为广泛的应用潜力。
　　 本文在分析目前高温超导带材的发展现状的基础上，提出将YBCO高温超导带材应用于感应型电磁推进系统的设计工作。应用Ansoft电磁场有限元仿真软件，对简单电磁推进系统进行了瞬态仿真。应用软件仿真分析了驱动线圈主要可变结构参数以及抛体电枢的触发位置对驱动性能的影响，并且提出了一种应用软件快速确定YBCO高温超导磁体的临界电流密度的方法，在此基础之上提出了一种YBCO感应型驱动线圈的优化方法。考虑到YBCO高温超导带材价格比较高，并且需要较高的制冷成本，因此在绕制线圈的带材长度一定的情况下如何使驱动效果最佳成为一个有意义的问题。本论文通过应用有限元仿真软件Ansoft提出了一种阶段性优化方法，并应用此方法实例设计了一驱动线圈，最后通过绕制常导线圈并进行电磁推进实验验证了优化方法的有效性，为以后的电磁推进系统的设计工作提供了一定的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电磁推进技术概论

1．1．1 电磁推进装置概念与分类

1．1．2 电磁推进技术研究现状

1．2 高温超导带材发展现状

1．3 优化设计方法分析

1．4 研究背景及意义

1．5 主要工作内容安排

第2章 电磁推进系统仿真

2．1 感应型电磁推进系统动力学分析

2．2 电磁推进模型静态仿真

2．2．1 有限元软件介绍

2．2．2 电磁推进模型静态仿真

2．3 电磁推进模型瞬态仿真

2．3．1 创建几何模型

2．3．2 材料定义及分配

2．3．3 激励源与边界条件定义及加载

2．3．4 运动选项设置

2．3．5 求解选项参数设定

2．4 本章小结

第3章 Y系超导感应型驱动线圈优化设计

3．1 各结构参数对驱动性能的影响

3．1．1 驱动线圈厚度对驱动性能的影响及分析

3．1．2 驱动线圈长度对驱动性能的影响及分析

3．1．3 抛体初始位置对驱动性能的影响及分析

3．2 Y系超导磁体临界电流密度的确定方法

3．2．1 YBCO高温超导带材临界电流密度特性分析

3．2．2 磁场计算方法

3．2．3 YBCO超导磁体临界电流密度快速确定

3．3 YBCO感应型驱动线圈优化设计

3．3．1 优化方法分析

3．3．2 建立并优化模型

3．4 本章小结

第4章 对比性验证试验

4．1 绕制对比试验线圈

4．2 构建电磁推进系统并实验

4．3 结果对比及分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文