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

1、高溫超導(dǎo)磁懸浮是一項利用高溫超導(dǎo)塊材磁通釘扎特性，而不需要主動控制就能實現(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)磁懸浮試驗車“世紀(jì)號”在西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所研制成功，驗證了該技術(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)研究所對高溫超導(dǎo)磁懸浮車進(jìn)行了系統(tǒng)而全面的實驗、理論研究，取得了豐碩的成果。但同時，仍存在很多尚未考慮和解決的問題。為了讓高溫超

2、導(dǎo)磁懸浮車盡快走出實驗室，實現(xiàn)商業(yè)化運行，本文針對在高溫超導(dǎo)磁懸浮車和高溫超導(dǎo)塊材應(yīng)用中尚未被發(fā)覺和研究的問題進(jìn)行了實驗和理論的研究，并提出了優(yōu)化方案和設(shè)計方法。
　　 在“世紀(jì)號”的運行過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于乘客始終從車體的一旁上下車，車體會發(fā)生一個細(xì)微的不可恢復(fù)的傾斜。為了深入理解這個現(xiàn)象，我們利用了一個高溫超導(dǎo)磁懸浮車模型，研究其在偏載下的動態(tài)性能變化，并和中心加載的情況比較。同時，測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“預(yù)載”的方法對車體進(jìn)行優(yōu)化，得到比較滿意的結(jié)果。
　　 針對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，通過調(diào)節(jié)銅線圈的電流來調(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，懸浮系統(tǒng)的懸浮力增加，同時導(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，同時懸浮力降低。因此由于需要的不同，可以通過調(diào)節(jié)電流的方向和大小來輔助高溫超導(dǎo)塊材的懸浮。同時，線圈的磁場會對高溫超導(dǎo)

4、塊材的性能產(chǎn)生影響，這個影響通過Bean模型進(jìn)行了解釋。這種混合懸浮的方法目前在國際上未見類似報道。
　　 高溫超導(dǎo)塊材在永磁軌道上向下運動時，速度不同，其懸浮力的大小是不同的。通過實驗，總結(jié)了以不同速度從場冷高度降至工作高度，最大懸浮力變化的趨勢。并采用了一個簡化的R-L超導(dǎo)電流環(huán)和磁通流動模型對其進(jìn)行了模擬，計算結(jié)果與實驗結(jié)果相符。通過計算發(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。這個研究對于深入理解高溫超導(dǎo)塊材在磁場的準(zhǔn)靜態(tài)行為是有幫助的。并能給一些具體的設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　 由于高溫超導(dǎo)磁懸浮車還在實驗室階段，目前還沒有可供使用的高溫超導(dǎo)磁懸浮車彎道曲線設(shè)計理論。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