高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。     

高温超导磁悬浮与飞轮储能

旋转飞轮的动能储存可以有多种的用途，飞轮储能装置的效率取决于轴承摩擦损耗的降低，高温超导磁悬浮具有稳定性，有可能用以制造飞轮储能用的无摩擦非接触被动磁性轴承。文章分析了超导磁悬浮的起因和特性，评介了目前高温超导ＹＢａＣｕＯ材料的水平，分析了用作飞轮储能的磁性轴承的设计考虑及有待解决的问题，最后介绍了国外的研究动态。     

高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析

高温超导磁悬浮轴承已经被广泛应用到飞轮储能系统之中,它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。本论文基于有限元法(FEM)和临界态模型,对高温超导推力轴承的悬浮力和刚度等参数进行模拟仿真,并且在SCML-02测试装置上进行测试,计算结果与测试结果得到很好的吻合。并且进一步对环形永磁体推力轴承进行计算模拟,为进一步的轴承结构参数优化做好基础。     

高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

涡流阻尼器对高温超导磁悬浮系统的影响

对高温超导磁悬浮系统的动态特性研究表明,多种类型的高温超导磁悬浮系统都存在阻尼过低的问题,在系统中增设涡流阻尼器可以有效改善系统阻尼特性。为了探寻涡流阻尼器高温超导磁悬浮系统悬浮性能的影响,实验研究了几种不同厚度的铜质涡流阻尼器对准静态悬浮力和导向力的影响情况。实验表明,涡流阻尼器的引入对悬浮力和导向力的影响都是有利的,并且悬浮力的测试结果表明可能存在较为优化的阻尼器厚度。     

高温超导磁浮动态性能的实验研究

在世界各国高重复使用单级入轨运载系统的概念研究中,磁悬浮助推发射技术具有低成本、高性能等优点而成为下一代发射系统可供选择的先进技术,提高动态特性可以有效的保证系统工作的稳定性和可靠性,对于磁浮系统及其磁浮技术的应用研究具有一定的指导意义.本文针对高温超导永磁磁浮机构,建立相应的动态性能测试平台,通过激振和响应回馈信号分析获得系统的刚度和固有频率等动态参数,研究和分析一定振幅、频率条件下悬浮气隙的变化对系统动态性能的影响,并探讨了磁浮系统在动态环境中的自稳定行为和可能的控制策略,为缩比磁悬浮发射试验平台的建立提供可靠的技术依据.     

高温超导磁浮动态性能的实验研究

在世界各国高重复使用单级入轨运载系统的概念研究中，磁悬浮助推发射技术具有低成本、高性能等优点而成为下一代发射系统可供选择的先进技术，提高动态特性可以有效的保证系统工作的稳定性和可靠性，对于磁浮系统及其磁浮技术的应用研究具有一定的指导意义．本文针对高温超导永磁磁浮机构，建立相应的动态性能测试平台，通过激振和响应回馈信号分析获得系统的刚度和固有频率等动态参数，研究和分析一定振幅、频率条件下悬浮气隙的变化对系统动态性能的影响，并探讨了磁浮系统在动态环境中的白稳定行为和可能的控制策略，为缩比磁悬浮发射试验平台的建立提供可靠的技术依据．     

2kWh/100kW超导飞轮转子动态悬浮耦合特性研究

轴承是支承轴颈和轴上回转零件旋转的关键部件,也是高速电机设备的核心组成部分,高温超导磁悬浮轴承特有的自稳定性,克服了机械轴承磨损发热等问题,也无需主动控制,具有载重比大、抗干扰、无噪音等优点,可实现转子高载重比下的超高速运行,非常适合飞轮储能器应用。本文设计了一款用于2 kWh/100 kW超导飞轮储能器的高速转子。通过飞轮转子与超导轴承的耦合计算,实现了较高的径向刚度,并优化了永磁辅助轴承结构,分析了转子的振动模态,得到了转子的特征频率,可使飞轮能稳定运行在15 000 r/min以上的转速。     

航天发射超导磁浮平台设计的初步实验研究

鉴于未来航天发射安全、可靠、低成本的要求,国外先后提出了不同磁悬浮系统助推发射运载器的概念及方案.我们基于初步拟定的高温超导磁悬浮发射系统方案,展开了相应的研究和探索.本文从磁浮系统悬浮力和稳定性综合考虑出发,建立配套高温超导实验测试系统,研究和比较了NdFeB永磁轨道构型和高温超导块材组合对磁浮系统性能的影响,并进行了定性的分析,其结果对小型缩比磁悬浮发射试验平台的构造具有极其重要的现实意义.     

不同荷载下高温超导磁悬浮系统的动态响应

针对YBCO块材和NdFeB永磁体构成的高温超导磁悬浮系统,研究了永磁体在不同荷载时系统的动态响应特性.实验结果表明,当振动频率较低时,悬浮系统动态响应与外加激励信号一致,外加荷载的改变对系统响应基本无影响.随着频率的增加,外加荷载对系统的影响明显增强.荷载越大,系统的抗干扰能力越强.这对高温超导磁悬浮系统的应用有一定...     

Vibration isolation via a scissor-like structured platform

More and more attentions are attracted to the analysis and design of nonlinear vibration control/isolation systems for better isolation performance. In this study, an isolation platform with n-layer scissor-like truss structure is investigated to explore novel design of passive/semi-active/active vibration control/isolation systems and to exploit potential nonlinear benefits in vibration suppression. Due to the special scissor-like structure, the dynamic response of the platform has inherent nonlinearities both in equivalent damping and stiffness characteristics (although only linear components are applied), and demonstrates good loading capacity and excellent equilibrium stability. With the mathematical modeling and analysis of the equivalent stiffness and damping of the system, it is shown that: (a) the structural nonlinearity in the system is very helpful in vibration isolation, (b) both equivalent stiffness and damping characteristics are nonlinear and could be designed/adjusted to a desired nonlinearity by tuning structural parameters, and (c) superior vibration isolation performances (e.g., quasi-zero stiffness characteristics etc.) can be achieved with different structural parameters. This scissor-like truss structure can potentially be employed in different engineering practices for much better vibration isolation or control.     

Octo-strut vibration isolation platform and its application to whole spacecraft vibration isolation

Stewart platform is widely used for vibration isolation and precise pointing. As it is a statically determinate structure, if any strut has fault, a disaster could be unavoidable. In the present paper, an octo-strut passive vibration isolation platform with redundancy is introduced and applied to whole-spacecraft vibration isolation. This platform is modeled with the Newton–Euler method. To avoid such possibility that the spacecraft may interact with the fairing, an approach of stiffness design is proposed to reinforce the rotation stiffness of the platform. With the mathematical model, design parameters of the isolator that will affect the nature frequencies of the isolator-spacecraft system are studied. The transmissibility of the isolator topped with rigid and flexible spacecraft is also studied. Results of analytical and numerical studies show that the octo-strut platform is a reliable and effective approach to improving the dynamic environment of a spacecraft.     

Passive vibration isolation of reaction wheel disturbances using a low frequency flexible space platform

Reaction wheel assemblies (RWAs) are momentum exchange devices used in fine pointing control of spacecrafts. Even though the spinning rotor of the reaction wheel is precisely balanced to minimize emitted vibration due to static and dynamic imbalances, precision instrument payloads placed in the neighborhood can always be severely impacted by residual vibration forces emitted by reaction wheel assemblies. The reduction of the vibration level at sensitive payloads can be achieved by placing the RWA on appropriate mountings. A low frequency flexible space platform consisting of folded continuous beams has been designed to serve as a mount for isolating a disturbance source in precision payloads equipped spacecrafts.Analytical and experimental investigations have been carried out to test the usefulness of the low frequency flexible platform as a vibration isolator for RWAs. Measurements and tests have been conducted at varying wheel speeds, to quantify and characterize the amount of isolation obtained from the reaction wheel generated vibration. These tests are further extended to other variants of similar design in order to bring out the best isolation for given disturbance loads. Both time and frequency domain analysis of test data show that the flexible beam platform as a mount for reaction wheels is quite effective and can be used in spacecrafts for passive vibration control.     

机载光电稳瞄平台减振技术研究北大核心CSCD

机载光电稳瞄平台受飞机作战环境的干扰因素,会引起设备环架的振动,对光电平台载荷视轴的稳定性及跟踪精度影响很大,减振的主要任务是有效隔离环境振动。与传统橡胶减振器比较,文章提出了一种新型机载光电稳瞄平台的柔性减振设计。并通过ANSYS仿真软件对新的减振模型进行了模态仿真分析,通过振动试验对设计的性能进行了有效评估,测试结果与仿真评估误差为0.56%,说明该设计对机载光电稳瞄平台具有减振性。     

超声辅助提取微藻油脂机理及工艺参数的研究*

对微藻细胞壁进行破碎是提高微藻油脂提取率的重要手段,超声振动破碎是一种有效的细胞破碎方法。建立基于声冲流、声辐射力、声空化的传质动力学的经验模型,运用传输矩阵法设计用于微藻细胞破碎的超声振动子,搭建了实验平台,并设置不同超声振动工艺参数对微藻细胞的破碎率进行了实验研究。结果表明:超声振动子,在工具头浸入微藻二分之一总溶液深度、工作时间30 min、功率225 W、纵振频率25 kHz的条件下,超声振动破碎的效果最佳,采用氯仿试剂对破碎液进行油脂提取,效果最好。     

菱形HSLDS隔振器负刚度机构质量及摩擦力影响分析

以菱形负刚度机构HSLDS（high static low dynamic stiffness）隔振器（简称菱形HSLDS隔振器）为研究目标,采用虚功法建立负刚度机构等效摩擦力模型,并以拉格朗日方法建立包含负刚度机构质量及摩擦力因素的动力学方程;利用谐波平衡法（HBM）求解动力学方程,分析了负刚度机构质量及摩擦力对隔振的影响及其优化措施,并通过实物样机验证了理论模型的合理性。实验结果表明:负刚度机构质量及摩擦力对隔振均产生不利影响,应尽量减小;将负刚度机构连杆较短侧连接于载荷平台端,可以减小负刚度机构质量对较高频段隔振性能的影响;在限定隔振器刚度参数以及铰接副接触参数且同时满足刚度与摩擦力优化条件下,通过增大连杆机构杆长差的方式可以优化低频段隔振性能,并降低负刚度机构摩擦力对高频段隔振的影响。     

机载光电跟瞄平台动态准确度测试研究

分析了光电跟瞄平台的随动稳像准确度、稳定准确度和瞄准线稳定准确度等,提出了动态准确度的光电测试方法.通过搭建一定的试验环境,测试多传感器光电系统的光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标.研究结果表明,通过光电法测试光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标,可满足测试光电跟瞄平台和光电传感器系统动态瞄准准确度的要求,有利于复杂多传感器光电跟瞄系统的准确度分析与控制.     

基于PANDA平台的光机部件随机振动响应分析

基于PANDA自主并行计算平台，采用模态叠加法开展了多点基础激励作用下的随机振动响应分析算法设计和并行实现研究，构建了相应的并行求解模块。针对光机装置打靶样机中的六自由度平台结构，基于自主研发的软件模块，分析了该结构的模态特性及结构在地脉动载荷下的微振动响应，并与试验结果及商业软件分析结果进行了比对，在模态频率、振型和位移响应方面，都具有较好的一致性，验证了相关软件模块的正确性和PANDA平台在实际工程结构分析中的可用性。     

一种光电载荷非线性隔振装置的研究

针对光电载荷对隔振性能的需求,提出一种采用菱形连杆机构作为负刚度组件,具有高静、低动刚度特点的非线性隔振器（简称菱形HSLDS隔振器）。采用静力学分析方法,建立了隔振器数学模型,研究了刚度参数设定以及非线性调节方法;利用谐波平衡法（HBM）求解动力学方程,分析了各参数对隔振性能的影响关系;采用动力学仿真软件ADAMS及实物样机对理论模型与结论进行了验证。测试结果表明:菱形HSLDS隔振器具有较方便的参数调整能力,零位刚度及刚度非线性可通过拉簧参数与连杆参数进行设定、优化,隔振的刚度非线性优化程度受主隔振器阻尼以及零位刚度参数影响。相比于传统线性隔振器,菱形HSLDS具有显著的非线性隔振优势,可较好地满足光电载荷隔振需求。     

Design and analysis of an intelligent vibration isolation platform for reaction/momentum wheel assemblies

This study focuses on design and analysis of an intelligent vibration isolation platform for reaction wheel assemblies (RWAs) and momentum wheel assemblies (MWAs). A passive platform consisting of four folded beams is designed and analysed for MWAs. A simple and effective mathematical model is developed for the system consisting of the platform and MWAs, and this model is used to investigate the passive vibration isolation performance. Further development is performed to produce an intelligent platform for RWAs, with piezoelectric sensors and actuators bonded to the vertical beams. The flywheel imbalance and impulse load are assumed to be input disturbances for the investigation of the active vibration isolation performance by the finite element method (FEM). The simulation results show that the passive vibration isolation platform is particularly effective for the suppression of a high frequency range vibration for MWAs, and the intelligent platform using velocity feedback control effectively attenuates the dynamic amplification of amplitude at resonance for RWAs. Thus, it is concluded that the passive platform can be used as a vibration isolation platform for MWAs and that the intelligent one can be used for RWAs.