【摘 要】
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月球车是月球探索的重要空间设备,但由于月地环境的巨大差异,尤其是月面的低重力环境,在研制月球车时,于地面进行微重力模拟实验有助于及时发现并解决月球车存在的问题,从而提高车体性能,延长服役时效。然目前的微重力模拟方法均存在各自的局限性,因此本文开展基于磁悬浮技术的新型微重力模拟系统研究。本文首先从月面环境及月球车实验两方面分析微重力模拟系统的性能要求,针对该要求,通过权衡比较各类磁悬浮实现方式的性能
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月球车是月球探索的重要空间设备,但由于月地环境的巨大差异,尤其是月面的低重力环境,在研制月球车时,于地面进行微重力模拟实验有助于及时发现并解决月球车存在的问题,从而提高车体性能,延长服役时效。然目前的微重力模拟方法均存在各自的局限性,因此本文开展基于磁悬浮技术的新型微重力模拟系统研究。本文首先从月面环境及月球车实验两方面分析微重力模拟系统的性能要求,针对该要求,通过权衡比较各类磁悬浮实现方式的性能特点,确定立式HALBACH阵列环形永磁磁轮式磁悬浮的实现形式,并基于此设计磁悬浮模块及由磁悬浮模块构成的微重力补偿方案。为深入研究磁悬浮模块的具体性能,本文从立式环形HALBACH阵列磁轮与导体板的模型出发,先通过傅里叶分解、虚拟磁荷等方法建立立式HALBACH阵列磁轮模型的三维静磁场表达;其次引入二阶矢量磁位,通过麦克斯韦方程组及磁轮与导体板的运动关系,于柱坐标系下建立了关于二阶矢量磁位的二阶偏微分方程,并通过分离变量法及分析边界条件给出通解,而后进一步利用二阶矢量磁位的通解分析导体板中的涡流、其他区域的磁场及导体板所受到的电磁力并给出三维通用解析表达;最后通过具体的实验验证了单组立式环形HALBACH阵列磁轮的性能及立式环形HALBACH阵列磁轮模型电磁力解析表达式的正确性。
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