磁悬浮发射技术
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磁悬浮推进技术研究
宇航学院403教研室 刘宇 杨文将 温正 段毅 陈晓东
主要内容
一.航天运载器磁悬浮发射技术概念 二.磁悬浮列车技术 三.各种磁悬浮系统的综合比较 四.高温超导磁悬浮技术基础理论及方案 五.高温超导磁悬浮技术基础实验研究 六.未来发展展望 七.思考题
一、航天运载器磁悬浮发射技术 概念
方案确定:
• 通过对以上磁悬浮系统进行优选,高温超导块材EDS 系统被视为最可行的磁悬浮系统方案,自稳定性强, 无需控制,通过增加轨道宽度和超导体数量可以实现 磁悬浮系统的扩展能力,磁悬浮发射的短、直运行轨 道可以有效避免永磁轨道带来的成本问题等。
四、高温超导磁悬浮技术基础理
论及方案
超导材料发展及基本特性
磁悬浮列车发展简史
• 1922年,赫尔曼·肯佩尔构思应用电磁悬浮原理 使火车浮离地面,并于1934年8月14获得专利;
• 德国在1971年-1999年,先后研究发展了TR01TR08八个型号的载人磁悬浮列车,最高运行速度 500公里/小时;
• 日本在1970年-1999年,先后研究发展了ML, MLU,MLX三个系列的超导磁悬浮列车,最高运 行速度达到550公里/小时。
超导材料基本特性:
• 临界温度Tc,临界电流 Ic,临界磁场Hc(外界 环境三种影响因素);
• 零电阻现象(低消耗);
• 完全抗磁性(悬浮力主 要来源);
• 磁通钉扎(第Ⅱ类超导 体性质,俘获磁通增加 悬浮稳定性)。
导体T>Tc T<Tc T<Tc撤去外磁场 排磁通现象
第Ⅱ类超导 体基本性质:
(a)IC~H特性曲线(b)可逆磁化曲线(c)不可逆磁化曲线
重合)。
典型悬浮力测试结果(零场冷)
典型导向力测试结果(15mm场冷)
不同排列的悬浮导向力 不同场冷位置的悬浮导向力
3.磁悬浮单元动态测试系统
构成: • 高温超导磁悬浮单元; • 永磁导轨单元; • 激振系统; • 加速度计及数据采集处
理系统。 测试目的: • 不同振动幅度和振动频
率下单元的幅频特性; • 不同场冷方案的共振频
隔等参数。 测试步骤: • 被测件定位; • 确定测试长度和空间间隔; • 测试程序中进行合理设置; • 实时观察数据曲线及分析。
表面磁场测试仪采集程序
典型测试结果
2.磁悬浮单元静态测试系统
构成: • 高温超导磁悬浮单元; • 永磁导轨单元; • 步进电机及控制系统; • 力传感器及采集系统。 测试目的: • 超导单元中超导块材排列的
• 系统静止悬浮,但悬浮高度仅 10mm 左右,对于控制系统的要 求很高,因此较适用于低速运 行环境。
• 目前上海磁悬浮列车运营线采 用此种系统,运行速度430km/h 左右。
常导吸浮EMS系统
日本——超导斥浮EDS系统磁悬浮列车
• 低温超导磁体(NbTi)与短路 线圈间的排斥力实现悬浮,“8” 字型零磁通线圈实现悬浮导向一 体化;
• 载荷变化会使系统悬浮力减小,导向力增大, 经过一定载荷变化后,悬浮力和导向力趋于稳 定,适合做为磁悬浮系统的设计参考依据。
加速测试结果
场冷45mm的前进、水平、垂直加速度 两次场冷(45mm和25mm)的前进、水平、垂直加速度
场冷25mm的前进、水平、垂直加速度
结论:
• 右图所示,低场冷位置有利于减小系统高速运 行的水平、垂直振动加速度,即有利于实现系 统稳定;
• 非理想第Ⅱ类超导体; • 单籽晶生长; • 制备大尺寸、高性能YBaCuO
块材难度大,常用尺寸为 Φ30mm,多块组合形成整体 超导作用面; • 悬浮力F∝Jc·d·dBz/dZ,与超 导块临界电流密度,块材尺 寸和外磁场梯度三个量成正 比,目前主要通过增加外磁 场梯度来实现悬浮力要求。
YBCO块材
• 应用对象:水平起飞可重复 使用运载器或空天飞机;
• 意义及作用:达到较高的运 载器地面起飞速度,如 0.8Ma,这一速度利于提高 运载器总体(燃料消耗、推 重比、翼型质量)性能,降 低发射成本;
• 技术特点:采用无摩擦高效 的电磁作用的磁悬浮技术和 直线电机技术。
磁悬浮发射
二、磁悬浮列车技术
磁悬浮技术特点
• 2003年,世界第一条商业运行线在我国上海投入 运行,运行时速达到430km/h,从而磁悬浮列车 技术的新篇章。
德国——常导吸浮EMS型磁悬浮列车
• 利用导磁材料与电磁铁间的吸 引力实现悬浮—倒挂式悬浮;
• 电磁吸引力为不稳定力,需要 复杂控制系统调节电磁力使悬 浮气隙维持在一定数值上;
• 高速情况下,EMS系统需要独 立的水平导向系统;
NdFeB(铷铁硼)永磁导轨
• 参考超导体悬浮力公式,外 磁场梯度值越大越好;
• NdFeB,目前世界上剩磁和 矫顽力最高的永磁体,利于 创建强磁场;
• 永磁体与软铁组成的永磁导 轨方案,可以使外磁场达到 1.5T;
• 超导磁悬浮方案与永磁导轨 磁场如右图所示。
NdFeB永磁导轨
薄底液氮绝热低温容器
• 磁悬浮平台加速和制动稳定性;
• 不同场冷条件对应的磁悬浮系统悬浮稳 定性比较。
静态测试结果
不同场冷位置悬浮力比较
不同场冷位置导向力比较
100kg加载对悬浮力影响(场冷35mm) 不同加载对导向力影响(场冷35mm)
结论:
• 场冷位置对系统悬浮力和导向力性能影响严重, 设计时需依据不同的悬浮气隙和导向力要求, 合理选择场冷位置,实现最大载荷;
优化方式; • 超导单元对应不同场冷高度、
悬浮位置、移动路径的悬浮 特性。
静态测试系统
永磁导轨设计
单峰永磁导轨
双峰永磁导轨
单峰永磁导轨典型方案 双峰永磁导轨典型方案
• 永磁导轨采用Ansys有限元设计,目标为实现高磁场强度; • 分别测试单磁场峰和双磁场峰导轨上的超导组合优化排列方案; • 悬浮力特性(初始值为零,与悬浮间距成指数变化关系); • 导向力特性(初始值为零、与水平位移成一定线性关系); • 悬浮力和导向力存在明显的磁滞效应(即往复位移的力曲线不
高温超导EMS系统
优点:
• 采用液氮温区(77K)实现超导 的高温超导电磁铁,产生强磁 场;
• 相比于常导EMS系统,结构简 化,质量减轻,能耗降低,此 外相对低温EDS系统,低温系 统设计难度大大降低;
• 悬浮能力提高,悬浮气隙达到 20mm以上,对悬浮可靠和控制 有利;
缺点:
• 高温超导线圈电流变化频率低, 线圈容易失超,控制系统依然 复杂。
• 1911年,荷兰物理学家翁内斯首次发现超导电性(汞, 4.2K);
• 第Ⅰ类超导体:低温韧性合金超导材料,以NbTi(铌 钛)和Nb3Sn材料为主,液氦温区(4.2K),韧性好、 电流大,磁场强(20T);
• 第Ⅱ类超导体:高温超导氧化物。1986年初,发现了 高温铜氧化物超导体La2-xBaxCuO4,超导临界温度达 到40K,1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国 科学家赵忠贤相继在钇YBa2Cu3O7系材料上把超导临 界温度提高到90K以上,打破液氮禁区(77K),其 陶瓷材料,韧性差,磁场较低。
动态测试系统:
• 3个加速计,9自由度采集; • 数据采集分析系统。
试验平台系统
图片1(磁悬浮系统)
图片2(加速制动系统)
图片3(静态测试系统)
图片4(悬浮状态)
静态测试目的:
• 不同场冷条件对应的系统悬浮力和导向 力综合结果;
• 不同载荷条件下对应的悬浮力和导向力 特性。
动态测试目的:
型下; • 磁悬浮橇体模型:低温容器、加速装置、飞行器模型和测
试系统等的连接部件; • 电机抬升机构:调节超导单元场冷位置。
加速、制动系统:
• 加速方式,双边直线感应电机;
• 制动方式,弹性阻尼体缓冲器。
静态测试系统:
• 等载荷砝码,0~100kg; • 差动变压器式位移传感器; • 导向力测试系统,采用销接机机械接触,高速运行稳定 性差,速度极限400km/h左右。
(2) 磁悬浮技术特点及目的:实现低阻力高速稳定运 行。
• 磁悬浮技术原理:采用电磁感应作用原理实现悬 浮和推进;
• 低阻力:磁悬浮,磁场不均匀造成的磁摩擦相对 于机械摩擦小几个量级;
• 高稳定:磁悬浮系统大大简化机械机构,使系统 高速动态运行稳定性提高。
• 混合态,在下临界场Hc1与上临界场Hc2之间; • 在于零Hc,1~没H有c2范实围用内价,值理,想而第非Ⅱ理类想超第Ⅱ导类体超的导临体界具电有流很Ic几高乎的等
临界电流; • 理想第Ⅱ类超导体磁化曲线可逆,而非理想第Ⅱ类超导体
的磁化曲线呈现不可逆性,磁通钉扎表现俘获磁通行为。
高温超导块材YBaCuO
高温EDS 系统
1030mm
可以 一体化
无 良好 液氮
无 一般 较高
无
永磁PM 系统
<10mm
可以 一体化
无 较差
无 无 一般 低 无
磁悬浮发射特点及磁悬浮系统方案确定
磁悬浮发射特点:
• 运行速度高(亚声速,0.8Ma左右),对高速运行的 稳定性要求高;发射时间短,一般持续在10秒左右, 因此加速能力要求高,控制难度大,磁悬浮轨道长度 及成本可以大大节约;总载荷量大,一般为100ton以 上,因此悬浮系统的扩展能力要好。
高温超导EMS系统
高温超导块材EDS系统
优点: • 采用在液氮温区(77K)实
现超导的高温超导块材与梯 度磁场作用产生稳定悬浮; • 静止悬浮,固有的二维悬浮 稳定性,无需控制系统和电 能消耗; • 结构简单,悬浮气隙可以达 到20mm以上; 缺点: • 永磁导轨造价高,永磁性造 成安装和维护有一定困难。
五、高温超导磁悬浮技术基础实 验研究
为了研究高温超导磁悬浮系统基本悬 浮特性,采用先建立高温超导磁悬浮单 元静态测试系统和动态测试系统,然后 建立磁悬浮发射缩比研究试验平台的研 究思路,对超导磁悬浮系统的静、动态 悬浮特性都有了深入的了解。
1.永磁导轨表面磁场测量
表面磁场测试仪
构成: • 测试系统驱动滑台及被测件台面; • 二轴坐标方向调节机构; • 高斯计探头及表箱; • 电机控制及数据显示系统; • 测试程序用于设定采样频率、采样时间间隔、空间间
• 高温超导体在上,永磁导轨在 下的作用方案;
• 有效悬浮高度要求低温容器底 部厚度要薄,平整度要求高, 无磁或弱磁;
• 避免外壁结霜和液氮挥发过快, 低温容器绝热效果要好,而且 具有一定的结构强度;
• 因此,采用薄底绝热真空杜瓦 式低温容器,设计底部厚度为 5mm,可持续工作 1h以上。
薄底液氮低温容器
系统类型
悬浮高度
低速悬浮 悬浮导向 控制要求 运行稳定 低温要求 电力要求 磁场污染 建设投资 运行能耗
常导 EMS系
统 10mm
可以 独立2套
很高 良好
无 高 弱 较低 高
低温EDS 系统
>100m m
不可以 一体化
无 一般 液氦
低 很强
高 低
高温 EMS系
统 1030mm 可以 独立2套 很高 良好 液氮 低 一般 较高 低
超导斥浮EDS系统
三、各种磁悬浮系统的综合比较
由于德国常导吸浮EMS系统存在悬浮气隙 小、控制系统复杂,日本超导斥浮EDS系统存 在低速下无法悬浮、需要高成本液氦低温系统 维持等缺点,近几年又发展了新型的磁悬浮系 统型式,主要为:高温超导EMS系统和高温超 导块材EDS系统。
其技术发展趋向为高温超导磁体、低成本运 行和维护。
率和幅频特性的比较。
动态测试系统
定频时域分析(加速度信号) 扫频时域分析(加速度信号)
频率影响
振幅影响
3.磁悬浮发射缩比研究试验平台
基于磁悬浮单元测试结果,建立可以综合展示 磁悬浮系统整体性能的试验平台装置,具体为, 磁悬浮系统:
• 7m双排对称永磁导轨,有很高的加工和安装精度; • 高温超导磁悬浮超导单元,对称放置6个在磁悬浮橇体模
高温超导块材EDS系统
永磁悬浮系统(传统形式)
优点: • 依靠永磁体之间的同极相
斥异极相吸产生悬浮和导 向力; • 结构简单,水平移动产生 导向力,垂直移动产生悬 浮力; • 无需控制,无需消耗电能; • 无需低温环境。 缺点: • 悬浮气隙小,扩展能力差; • 悬浮稳定性差。
永磁悬浮系统
磁悬浮系统综合比较
• 自稳定悬浮系统,控制系统要求 低,但乘坐舒适性差;
• 悬浮高度100mm以上,对轨道 加工精度和安装要求低;
• 超导磁体工作在液氦温度(4.2K), 需要复杂高成本的车载低温冷却 系统—技术瓶颈;
• 非静止悬浮,低速需轮轨支撑;
• 时速达550km/h,适合于高速 运行,受成本和舒适性限制,目 前无商业运营线。
宇航学院403教研室 刘宇 杨文将 温正 段毅 陈晓东
主要内容
一.航天运载器磁悬浮发射技术概念 二.磁悬浮列车技术 三.各种磁悬浮系统的综合比较 四.高温超导磁悬浮技术基础理论及方案 五.高温超导磁悬浮技术基础实验研究 六.未来发展展望 七.思考题
一、航天运载器磁悬浮发射技术 概念
方案确定:
• 通过对以上磁悬浮系统进行优选,高温超导块材EDS 系统被视为最可行的磁悬浮系统方案,自稳定性强, 无需控制,通过增加轨道宽度和超导体数量可以实现 磁悬浮系统的扩展能力,磁悬浮发射的短、直运行轨 道可以有效避免永磁轨道带来的成本问题等。
四、高温超导磁悬浮技术基础理
论及方案
超导材料发展及基本特性
磁悬浮列车发展简史
• 1922年,赫尔曼·肯佩尔构思应用电磁悬浮原理 使火车浮离地面,并于1934年8月14获得专利;
• 德国在1971年-1999年,先后研究发展了TR01TR08八个型号的载人磁悬浮列车,最高运行速度 500公里/小时;
• 日本在1970年-1999年,先后研究发展了ML, MLU,MLX三个系列的超导磁悬浮列车,最高运 行速度达到550公里/小时。
超导材料基本特性:
• 临界温度Tc,临界电流 Ic,临界磁场Hc(外界 环境三种影响因素);
• 零电阻现象(低消耗);
• 完全抗磁性(悬浮力主 要来源);
• 磁通钉扎(第Ⅱ类超导 体性质,俘获磁通增加 悬浮稳定性)。
导体T>Tc T<Tc T<Tc撤去外磁场 排磁通现象
第Ⅱ类超导 体基本性质:
(a)IC~H特性曲线(b)可逆磁化曲线(c)不可逆磁化曲线
重合)。
典型悬浮力测试结果(零场冷)
典型导向力测试结果(15mm场冷)
不同排列的悬浮导向力 不同场冷位置的悬浮导向力
3.磁悬浮单元动态测试系统
构成: • 高温超导磁悬浮单元; • 永磁导轨单元; • 激振系统; • 加速度计及数据采集处
理系统。 测试目的: • 不同振动幅度和振动频
率下单元的幅频特性; • 不同场冷方案的共振频
隔等参数。 测试步骤: • 被测件定位; • 确定测试长度和空间间隔; • 测试程序中进行合理设置; • 实时观察数据曲线及分析。
表面磁场测试仪采集程序
典型测试结果
2.磁悬浮单元静态测试系统
构成: • 高温超导磁悬浮单元; • 永磁导轨单元; • 步进电机及控制系统; • 力传感器及采集系统。 测试目的: • 超导单元中超导块材排列的
• 系统静止悬浮,但悬浮高度仅 10mm 左右,对于控制系统的要 求很高,因此较适用于低速运 行环境。
• 目前上海磁悬浮列车运营线采 用此种系统,运行速度430km/h 左右。
常导吸浮EMS系统
日本——超导斥浮EDS系统磁悬浮列车
• 低温超导磁体(NbTi)与短路 线圈间的排斥力实现悬浮,“8” 字型零磁通线圈实现悬浮导向一 体化;
• 载荷变化会使系统悬浮力减小,导向力增大, 经过一定载荷变化后,悬浮力和导向力趋于稳 定,适合做为磁悬浮系统的设计参考依据。
加速测试结果
场冷45mm的前进、水平、垂直加速度 两次场冷(45mm和25mm)的前进、水平、垂直加速度
场冷25mm的前进、水平、垂直加速度
结论:
• 右图所示,低场冷位置有利于减小系统高速运 行的水平、垂直振动加速度,即有利于实现系 统稳定;
• 非理想第Ⅱ类超导体; • 单籽晶生长; • 制备大尺寸、高性能YBaCuO
块材难度大,常用尺寸为 Φ30mm,多块组合形成整体 超导作用面; • 悬浮力F∝Jc·d·dBz/dZ,与超 导块临界电流密度,块材尺 寸和外磁场梯度三个量成正 比,目前主要通过增加外磁 场梯度来实现悬浮力要求。
YBCO块材
• 应用对象:水平起飞可重复 使用运载器或空天飞机;
• 意义及作用:达到较高的运 载器地面起飞速度,如 0.8Ma,这一速度利于提高 运载器总体(燃料消耗、推 重比、翼型质量)性能,降 低发射成本;
• 技术特点:采用无摩擦高效 的电磁作用的磁悬浮技术和 直线电机技术。
磁悬浮发射
二、磁悬浮列车技术
磁悬浮技术特点
• 2003年,世界第一条商业运行线在我国上海投入 运行,运行时速达到430km/h,从而磁悬浮列车 技术的新篇章。
德国——常导吸浮EMS型磁悬浮列车
• 利用导磁材料与电磁铁间的吸 引力实现悬浮—倒挂式悬浮;
• 电磁吸引力为不稳定力,需要 复杂控制系统调节电磁力使悬 浮气隙维持在一定数值上;
• 高速情况下,EMS系统需要独 立的水平导向系统;
NdFeB(铷铁硼)永磁导轨
• 参考超导体悬浮力公式,外 磁场梯度值越大越好;
• NdFeB,目前世界上剩磁和 矫顽力最高的永磁体,利于 创建强磁场;
• 永磁体与软铁组成的永磁导 轨方案,可以使外磁场达到 1.5T;
• 超导磁悬浮方案与永磁导轨 磁场如右图所示。
NdFeB永磁导轨
薄底液氮绝热低温容器
• 磁悬浮平台加速和制动稳定性;
• 不同场冷条件对应的磁悬浮系统悬浮稳 定性比较。
静态测试结果
不同场冷位置悬浮力比较
不同场冷位置导向力比较
100kg加载对悬浮力影响(场冷35mm) 不同加载对导向力影响(场冷35mm)
结论:
• 场冷位置对系统悬浮力和导向力性能影响严重, 设计时需依据不同的悬浮气隙和导向力要求, 合理选择场冷位置,实现最大载荷;
优化方式; • 超导单元对应不同场冷高度、
悬浮位置、移动路径的悬浮 特性。
静态测试系统
永磁导轨设计
单峰永磁导轨
双峰永磁导轨
单峰永磁导轨典型方案 双峰永磁导轨典型方案
• 永磁导轨采用Ansys有限元设计,目标为实现高磁场强度; • 分别测试单磁场峰和双磁场峰导轨上的超导组合优化排列方案; • 悬浮力特性(初始值为零,与悬浮间距成指数变化关系); • 导向力特性(初始值为零、与水平位移成一定线性关系); • 悬浮力和导向力存在明显的磁滞效应(即往复位移的力曲线不
高温超导EMS系统
优点:
• 采用液氮温区(77K)实现超导 的高温超导电磁铁,产生强磁 场;
• 相比于常导EMS系统,结构简 化,质量减轻,能耗降低,此 外相对低温EDS系统,低温系 统设计难度大大降低;
• 悬浮能力提高,悬浮气隙达到 20mm以上,对悬浮可靠和控制 有利;
缺点:
• 高温超导线圈电流变化频率低, 线圈容易失超,控制系统依然 复杂。
• 1911年,荷兰物理学家翁内斯首次发现超导电性(汞, 4.2K);
• 第Ⅰ类超导体:低温韧性合金超导材料,以NbTi(铌 钛)和Nb3Sn材料为主,液氦温区(4.2K),韧性好、 电流大,磁场强(20T);
• 第Ⅱ类超导体:高温超导氧化物。1986年初,发现了 高温铜氧化物超导体La2-xBaxCuO4,超导临界温度达 到40K,1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国 科学家赵忠贤相继在钇YBa2Cu3O7系材料上把超导临 界温度提高到90K以上,打破液氮禁区(77K),其 陶瓷材料,韧性差,磁场较低。
动态测试系统:
• 3个加速计,9自由度采集; • 数据采集分析系统。
试验平台系统
图片1(磁悬浮系统)
图片2(加速制动系统)
图片3(静态测试系统)
图片4(悬浮状态)
静态测试目的:
• 不同场冷条件对应的系统悬浮力和导向 力综合结果;
• 不同载荷条件下对应的悬浮力和导向力 特性。
动态测试目的:
型下; • 磁悬浮橇体模型:低温容器、加速装置、飞行器模型和测
试系统等的连接部件; • 电机抬升机构:调节超导单元场冷位置。
加速、制动系统:
• 加速方式,双边直线感应电机;
• 制动方式,弹性阻尼体缓冲器。
静态测试系统:
• 等载荷砝码,0~100kg; • 差动变压器式位移传感器; • 导向力测试系统,采用销接机机械接触,高速运行稳定 性差,速度极限400km/h左右。
(2) 磁悬浮技术特点及目的:实现低阻力高速稳定运 行。
• 磁悬浮技术原理:采用电磁感应作用原理实现悬 浮和推进;
• 低阻力:磁悬浮,磁场不均匀造成的磁摩擦相对 于机械摩擦小几个量级;
• 高稳定:磁悬浮系统大大简化机械机构,使系统 高速动态运行稳定性提高。
• 混合态,在下临界场Hc1与上临界场Hc2之间; • 在于零Hc,1~没H有c2范实围用内价,值理,想而第非Ⅱ理类想超第Ⅱ导类体超的导临体界具电有流很Ic几高乎的等
临界电流; • 理想第Ⅱ类超导体磁化曲线可逆,而非理想第Ⅱ类超导体
的磁化曲线呈现不可逆性,磁通钉扎表现俘获磁通行为。
高温超导块材YBaCuO
高温EDS 系统
1030mm
可以 一体化
无 良好 液氮
无 一般 较高
无
永磁PM 系统
<10mm
可以 一体化
无 较差
无 无 一般 低 无
磁悬浮发射特点及磁悬浮系统方案确定
磁悬浮发射特点:
• 运行速度高(亚声速,0.8Ma左右),对高速运行的 稳定性要求高;发射时间短,一般持续在10秒左右, 因此加速能力要求高,控制难度大,磁悬浮轨道长度 及成本可以大大节约;总载荷量大,一般为100ton以 上,因此悬浮系统的扩展能力要好。
高温超导EMS系统
高温超导块材EDS系统
优点: • 采用在液氮温区(77K)实
现超导的高温超导块材与梯 度磁场作用产生稳定悬浮; • 静止悬浮,固有的二维悬浮 稳定性,无需控制系统和电 能消耗; • 结构简单,悬浮气隙可以达 到20mm以上; 缺点: • 永磁导轨造价高,永磁性造 成安装和维护有一定困难。
五、高温超导磁悬浮技术基础实 验研究
为了研究高温超导磁悬浮系统基本悬 浮特性,采用先建立高温超导磁悬浮单 元静态测试系统和动态测试系统,然后 建立磁悬浮发射缩比研究试验平台的研 究思路,对超导磁悬浮系统的静、动态 悬浮特性都有了深入的了解。
1.永磁导轨表面磁场测量
表面磁场测试仪
构成: • 测试系统驱动滑台及被测件台面; • 二轴坐标方向调节机构; • 高斯计探头及表箱; • 电机控制及数据显示系统; • 测试程序用于设定采样频率、采样时间间隔、空间间
• 高温超导体在上,永磁导轨在 下的作用方案;
• 有效悬浮高度要求低温容器底 部厚度要薄,平整度要求高, 无磁或弱磁;
• 避免外壁结霜和液氮挥发过快, 低温容器绝热效果要好,而且 具有一定的结构强度;
• 因此,采用薄底绝热真空杜瓦 式低温容器,设计底部厚度为 5mm,可持续工作 1h以上。
薄底液氮低温容器
系统类型
悬浮高度
低速悬浮 悬浮导向 控制要求 运行稳定 低温要求 电力要求 磁场污染 建设投资 运行能耗
常导 EMS系
统 10mm
可以 独立2套
很高 良好
无 高 弱 较低 高
低温EDS 系统
>100m m
不可以 一体化
无 一般 液氦
低 很强
高 低
高温 EMS系
统 1030mm 可以 独立2套 很高 良好 液氮 低 一般 较高 低
超导斥浮EDS系统
三、各种磁悬浮系统的综合比较
由于德国常导吸浮EMS系统存在悬浮气隙 小、控制系统复杂,日本超导斥浮EDS系统存 在低速下无法悬浮、需要高成本液氦低温系统 维持等缺点,近几年又发展了新型的磁悬浮系 统型式,主要为:高温超导EMS系统和高温超 导块材EDS系统。
其技术发展趋向为高温超导磁体、低成本运 行和维护。
率和幅频特性的比较。
动态测试系统
定频时域分析(加速度信号) 扫频时域分析(加速度信号)
频率影响
振幅影响
3.磁悬浮发射缩比研究试验平台
基于磁悬浮单元测试结果,建立可以综合展示 磁悬浮系统整体性能的试验平台装置,具体为, 磁悬浮系统:
• 7m双排对称永磁导轨,有很高的加工和安装精度; • 高温超导磁悬浮超导单元,对称放置6个在磁悬浮橇体模
高温超导块材EDS系统
永磁悬浮系统(传统形式)
优点: • 依靠永磁体之间的同极相
斥异极相吸产生悬浮和导 向力; • 结构简单,水平移动产生 导向力,垂直移动产生悬 浮力; • 无需控制,无需消耗电能; • 无需低温环境。 缺点: • 悬浮气隙小,扩展能力差; • 悬浮稳定性差。
永磁悬浮系统
磁悬浮系统综合比较
• 自稳定悬浮系统,控制系统要求 低,但乘坐舒适性差;
• 悬浮高度100mm以上,对轨道 加工精度和安装要求低;
• 超导磁体工作在液氦温度(4.2K), 需要复杂高成本的车载低温冷却 系统—技术瓶颈;
• 非静止悬浮,低速需轮轨支撑;
• 时速达550km/h,适合于高速 运行,受成本和舒适性限制,目 前无商业运营线。