高温超导带-块混合悬浮特性研究

摘要

磁悬浮交通是轨道交通的新兴领域。其中高温超导磁悬浮具有悬浮/导向自稳定、无需主动控制、车轨结构简单可靠、行进方向无固有磁阻(易于实现高速)等优势，是当下轨道交通领域最具变革性的前沿方向之一。针对公共交通运输，目前高温超导磁悬浮实验车1t/m的载重能力尚显不足。为了使高温超导磁悬浮车进一步走向规模应用，寻求一种载重大、动态性能稳定的超导悬浮体结构是关键。钇钡铜氧块材一直是最主要的悬浮体选择，近年来随着钇钡铜氧带材制备技术的进步，将带材作为悬浮体的研究逐渐增多，但带材-块材混合悬浮研究尚未开展。若能打破块材和带材独立应用的界限，将带材和块材结合，发挥带材结合灵活的特点，对块材进行悬浮力、导向力、阻尼、机械强度、热稳定性等方面的优化和增强，具有重要的研究意义和实用价值。　　针对堆叠带材独特的临界电流密度各向异性进行研究。提出了堆叠带材等效各向异性的概念，通过实验研究了该等效各向异性对悬浮力、导向力、捕获磁通的影响，并基于面电流模型对等效各向异性系数进行了计算。结果显示堆叠带材的各向异性比块材更加强烈，堆叠带材可以等效为各向异性系数w为11.4的块材。　　针对带-块混合涉及的超导体之间的磁场耦合影响进行研究。通过分析、计算和捕获磁通实验，超导体会受到其余超导体的磁场耦合影响，但是由于存在较强的永磁轨道磁场环境，该磁场耦合影响较小可以忽略。从应用的角度看，在带材和块材混合悬浮体应用时，可以忽略多块超导体之间的“有害”的磁场耦合影响，带材和块材结合可以实现接近1+1=2的叠加效果。　　提出了“堆叠型”带-块混合悬浮体构型，并对其悬浮/导向特性进行了实验研究。比较了堆叠带材和块材的悬浮/导向性能，验证堆叠带材的悬浮/导向效率约为块材的一半，确定“块下带上”为更优的悬浮体构型，阐明了带材厚度对悬浮/导向特性的影响机理。随着带材厚度的增加，混合悬浮体能够增加悬浮力和导向力。　　提出了“环绕型”带-块混合悬浮体构型，并对其悬浮/导向特性进行了实验研究。环绕型混合悬浮体是一种各向异性较弱的悬浮体结构。随着带材厚度的增加，混合悬浮体能够增加悬浮力和导向力。　　应用角度上，通过对高温超导带-块混合悬浮特性进行研究，提出了两种各具特点的混合悬浮体构型。针对多样化的应用需求，混合悬浮体构型为车载悬浮体提供了多样选择，可有效提升高温超导磁悬浮车载重，将推动新兴高温超导磁悬浮车技术发展。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2研究目的和意义

1.3高温超导磁悬浮的基本原理及性质

1.3.1高温超导磁悬浮的原理

1.3.2 高温超导磁悬浮的基本特性

1.4 高温超导带-块混合悬浮最新研究进展

1.4.1 高温超导磁悬浮车研究现状

1.4.2 块材悬浮体研究现状

1.4.3 带材悬浮体研究现状

1.5论文的主要内容

第二章 高温超导堆叠带材的等效各向异性

2.1等效各向异性对堆叠带材悬浮特性的影响

2.1.1 实验介绍

2.1.2 实验结果及分析

2.2 等效各向异性对堆叠带材捕获磁通特性的影响

2.2.1 实验介绍

2.2.2 实验结果及分析

2.3 堆叠带材等效各向异性系数的计算

2.3.1 面电流模型

2.3.2 等效各向异性系数的计算及分析

2.4 本章小结

第三章 高温超导体之间的磁场耦合影响

3.1 高温超导磁悬浮的电磁计算

3.2 面电流模型分析超导体之间的磁场耦合影响

3.3超导体之间的磁场耦合影响的实验验证

3.3.1 实验介绍

3.3.2 实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 堆叠型带-块混合悬浮特性

4.1 堆叠带材和块材悬浮/导向效率比较

4.1.1 实验介绍

4.1.2 实验结果及分析

4.2 堆叠型混合悬浮体的两种形式选择

4.3 带材厚度对堆叠型混合悬浮体悬浮/导向性能的影响

4.4 本章小结

第五章 环绕型带-块混合悬浮特性

5.1 环绕型带-块混合悬浮体的临界电流密度各向异性

5.2 环绕型带-块混合悬浮体的悬浮/导向特性

5.3 带材层数对环绕型带-块混合悬浮体悬浮/导向性能的影响

5.4 本章小结

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果