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原文传递高温超导磁悬浮车静动态性能的研究及优化设计

论文题名：	高温超导磁悬浮车静动态性能的研究及优化设计
关键词：	高温超导;YBCO块材;磁悬浮车;动态性能;优化设计
摘要：	高温超导磁悬浮是一项利用高温超导块材磁通钉扎特性，而不需要主动控制就能实现稳定悬浮的技术。该技术有较为广泛的应用前进，比如高温超导磁悬浮轴承和高温超导磁悬浮车。2000年，世界首辆高温超导磁悬浮试验车“世纪号”在西南交通大学超导技术研究所研制成功，验证了该技术在交通领域的可行性。在后续八年的研究工作中，超导技术研究所对高温超导磁悬浮车进行了系统而全面的实验、理论研究，取得了丰硕的成果。但同时，仍存在很多尚未考虑和解决的问题。为了让高温超导磁悬浮车尽快走出实验室，实现商业化运行，本文针对在高温超导磁悬浮车和高温超导块材应用中尚未被发觉和研究的问题进行了实验和理论的研究，并提出了优化方案和设计方法。　　在“世纪号”的运行过程中，我们发现由于乘客始终从车体的一旁上下车，车体会发生一个细微的不可恢复的倾斜。为了深入理解这个现象，我们利用了一个高温超导磁悬浮车模型，研究其在偏载下的动态性能变化，并和中心加载的情况比较。同时，测量了车体在偏载下的偏角，以及取消荷载后的剩余偏角。最终通过“预载”的方法对车体进行优化，得到比较满意的结果。　　针对高温块材悬浮性能的不可控制性，提出了将铜线圈绕制在块材的四周，通过调节铜线圈的电流来调节整体悬浮性能：当线圈通以正向电流(与永磁轨道排斥)时，悬浮系统的悬浮力增加，同时导向力降低；当线圈通以负电流(与永磁轨道吸引)，系统的导向力增加，同时悬浮力降低。因此由于需要的不同，可以通过调节电流的方向和大小来辅助高温超导块材的悬浮。同时，线圈的磁场会对高温超导块材的性能产生影响，这个影响通过Bean模型进行了解释。这种混合悬浮的方法目前在国际上未见类似报道。　　高温超导块材在永磁轨道上向下运动时，速度不同，其悬浮力的大小是不同的。通过实验，总结了以不同速度从场冷高度降至工作高度，最大悬浮力变化的趋势。并采用了一个简化的R-L超导电流环和磁通流动模型对其进行了模拟，计算结果与实验结果相符。通过计算发现，最大悬浮力随下降速度的变化是和块材内部的热损耗密切相关的。速度越快，产生的热损耗越少，悬浮力越趋向于零损耗的最大值。这个研究对于深入理解高温超导块材在磁场的准静态行为是有帮助的。并能给一些具体的设计提供理论依据。　　由于高温超导磁悬浮车还在实验室阶段，目前还没有可供使用的高温超导磁悬浮车弯道曲线设计理论。因此，结合高温超导块材的悬浮力和导向力特征，以及现行的轮轨系统弯道设计理论，提出了一套适用于高温超导磁悬浮车的弯道曲线设计方法。该方法提出在低速下使用圆曲线，不采用外轨超高；高速下采用外轨超高，并根据悬浮力磁滞曲线分别设计“下行缓和曲线”和“上行缓和曲线”。该设计方法目前在国际上尚未见报道。　　本论文的研究内容都是结合高温超导磁悬浮中的具体问题提出的。对这几个问题的研究能够帮助深入完善高温超导磁悬浮理论，同时为设计提供思路和依据。
作者：	王为
专业：	信息化制造工程
导师：	王家素
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文