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随着人类利用和探索宇宙空间的范围和深度的不断拓展,传统的化学推进已经无法满足未来空间探索,特别是深空探测的需要。因此,新型的推进技术不断被推出,其中,磁约束等离子体推进器是一种先进的高功率电推进器,源于磁镜原理,具有高比冲、比冲可变等特点。
较为成熟的低温超导磁约束等离子体推进器需用液氦浸泡磁体,而且装置复杂,带来了运行成本高和操作维护不方便等问题。由制冷机传导冷却的高温超导磁约束等离子体推进技术成为了新的发展趋势。采用传导冷却的高温超导磁体技术可以使推进器系统的结构紧凑、运行高效、安全和方便。本论文的目的就是研制高温超导磁约束等离子体推进器的杜瓦系统。
本文首先根据高温超导磁约束等离子体推进器的设计要求,确定杜瓦系统的设计参数。结合高温超导磁体的设计参数,通过有限元分析软件ANSYS对磁体系统进行电磁分析,模拟出空间磁感应强度分布,确定高温超导电流引线在杜瓦系统内部的空间位置。
其次,根据推进器杜瓦系统的设计参数,通过理论计算并用ANSYS软件对系统的外杜瓦、铜冷屏和环氧杆进行了机械应力和应变的理论计算和计算机模拟分析,并对系统的漏热进行了理论计算分析。
最后,对杜瓦系统进行抽真空和降温实验以及高温超导磁体性能测试,获得了高真空系统的降温曲线、磁体稳定性曲线和伏安曲线等数据。实验数据表明杜瓦系统机械和热传输性能满足设计要求,磁体性能超出设计要求,具有很好的稳定性。