高溫超導(dǎo)磁懸浮車靜動(dòng)態(tài)性能的研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、高溫超導(dǎo)磁懸浮是一項(xiàng)利用高溫超導(dǎo)塊材磁通釘扎特性，而不需要主動(dòng)控制就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮的技術(shù)。該技術(shù)有較為廣泛的應(yīng)用前進(jìn)，比如高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承和高溫超導(dǎo)磁懸浮車。2000年，世界首輛高溫超導(dǎo)磁懸浮試驗(yàn)車“世紀(jì)號(hào)”在西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所研制成功，驗(yàn)證了該技術(shù)在交通領(lǐng)域的可行性。在后續(xù)八年的研究工作中，超導(dǎo)技術(shù)研究所對(duì)高溫超導(dǎo)磁懸浮車進(jìn)行了系統(tǒng)而全面的實(shí)驗(yàn)、理論研究，取得了豐碩的成果。但同時(shí)，仍存在很多尚未考慮和解決的問(wèn)題。為了讓高溫超

2、導(dǎo)磁懸浮車盡快走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，本文針對(duì)在高溫超導(dǎo)磁懸浮車和高溫超導(dǎo)塊材應(yīng)用中尚未被發(fā)覺(jué)和研究的問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論的研究，并提出了優(yōu)化方案和設(shè)計(jì)方法。
　　 在“世紀(jì)號(hào)”的運(yùn)行過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)由于乘客始終從車體的一旁上下車，車體會(huì)發(fā)生一個(gè)細(xì)微的不可恢復(fù)的傾斜。為了深入理解這個(gè)現(xiàn)象，我們利用了一個(gè)高溫超導(dǎo)磁懸浮車模型，研究其在偏載下的動(dòng)態(tài)性能變化，并和中心加載的情況比較。同時(shí)，測(cè)量了車體在偏載下的偏角，以及取消荷載后的

3、剩余偏角。最終通過(guò)“預(yù)載”的方法對(duì)車體進(jìn)行優(yōu)化，得到比較滿意的結(jié)果。
　　 針對(duì)高溫塊材懸浮性能的不可控制性，提出了將銅線圈繞制在塊材的四周，通過(guò)調(diào)節(jié)銅線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié)整體懸浮性能：當(dāng)線圈通以正向電流(與永磁軌道排斥)時(shí)，懸浮系統(tǒng)的懸浮力增加，同時(shí)導(dǎo)向力降低；當(dāng)線圈通以負(fù)電流(與永磁軌道吸引)，系統(tǒng)的導(dǎo)向力增加，同時(shí)懸浮力降低。因此由于需要的不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流的方向和大小來(lái)輔助高溫超導(dǎo)塊材的懸浮。同時(shí)，線圈的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)高溫超導(dǎo)

4、塊材的性能產(chǎn)生影響，這個(gè)影響通過(guò)Bean模型進(jìn)行了解釋。這種混合懸浮的方法目前在國(guó)際上未見類似報(bào)道。
　　 高溫超導(dǎo)塊材在永磁軌道上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度不同，其懸浮力的大小是不同的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了以不同速度從場(chǎng)冷高度降至工作高度，最大懸浮力變化的趨勢(shì)。并采用了一個(gè)簡(jiǎn)化的R-L超導(dǎo)電流環(huán)和磁通流動(dòng)模型對(duì)其進(jìn)行了模擬，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，最大懸浮力隨下降速度的變化是和塊材內(nèi)部的熱損耗密切相關(guān)的。速度越快，產(chǎn)生的熱損耗

5、越少，懸浮力越趨向于零損耗的最大值。這個(gè)研究對(duì)于深入理解高溫超導(dǎo)塊材在磁場(chǎng)的準(zhǔn)靜態(tài)行為是有幫助的。并能給一些具體的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　 由于高溫超導(dǎo)磁懸浮車還在實(shí)驗(yàn)室階段，目前還沒(méi)有可供使用的高溫超導(dǎo)磁懸浮車彎道曲線設(shè)計(jì)理論。因此，結(jié)合高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力和導(dǎo)向力特征，以及現(xiàn)行的輪軌系統(tǒng)彎道設(shè)計(jì)理論，提出了一套適用于高溫超導(dǎo)磁懸浮車的彎道曲線設(shè)計(jì)方法。該方法提出在低速下使用圓曲線，不采用外軌超高；高速下采用外軌超高，并根據(jù)懸