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平移对称式高温超导磁悬浮系统的动态特性

郑珺  
【摘要】: 由于超导体内部磁通钉扎效应,高温超导块材能够稳定的悬浮或悬挂在应用外磁场中。这种简单新颖的自稳悬浮方式实现了磁悬浮车的应用可能性,其中较为瞩目的是2000年世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”的研制成功。这种基于无限延长的永磁轨道上方高温超导磁悬浮系统具有平移对称性。相比轴对称式系统的研究,平移对称式高温超导磁悬浮系统的研究结果相对较少,动态研究少于准静态研究。对系统的工程应用而言,其动态特性是至关重要的。本论文就平移对称式高温超导超导磁悬浮系统展开了探索性研究工作。 为了高温超导磁悬浮实验车样机走出实验室,本论文利用振动测试平台对平移对称式高温超导磁悬浮系统的动态特性进行实验研究,并探讨超导体内部磁通蠕动在系统动态行为中的物理本质和作用因素。借助于系统的二维动态模型,重点讨论了动态刚度和静态刚度间关系,并且分别就系统的共振特性、动态刚度和阻尼系数等重要的动态参数展开了讨论。 本论文制作了与实际载人高温超导磁悬浮车“世纪号”成4:1比例的缩小模型。利用该缩小模型,本文针对场冷高度、工作高度和负载重量等实际因素,实验研究了高温超导磁悬浮车系统的动态特性参数(共振频率、动态刚度和阻尼系数)变化规律。在此基础上,综合系统悬浮力曲线的磁滞特性、动态模型、已有实验数据及计算结果,深入分析了车系统的自由响应及漂移现象,为系统的稳定性提供了依据。进一步,通过改进系统的振动测试平台,实验研究了高温超导磁悬浮模型小车在不同运行速度不同场冷高度下体现出的动态特性和运动模式。首次获得高温超导磁悬浮车与运行速度相关的研究结果,为未来高温超导磁悬浮车的实际运行提供了实验依据。 为了改善高温超导磁悬浮车系统的动态特性,论文从系统动态特性出发,提出了3种改善方法:预载、引入涡流阻尼器和过冷方法。在提出前面2种方法后,初步讨论了各方法实施后高温超导磁悬浮系统动态参数的改善情况,并指出了各个改善方法的注意之处。同时,通过振动测试方法发现引入高温超导块材磁体到新的应用外磁场中,是可能实现稳定悬浮系统的。并且通过动态特性和悬浮力导向力特性研究进一步证明,引入高温超导块材磁体的确具有稳定悬浮的可行性,包括前面3种改善方法,引入超导块材磁体也将有助于改善高温超导磁悬浮系统的动态特性乃至稳定性。


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