中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (5): 1-.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0069

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磁等离子发动机超导附加线圈的电磁特性分析

姚露, 杨文将, 张涛, 王宝军, 汤海滨   

  1. 北京航空航天大学宇航学院，北京100191
  • 收稿日期:2017-04-28 修回日期:2017-07-19 出版日期:2017-10-25 发布日期:2017-09-12

Electromagneticpropertiesanalysisonsuperconductingmagnetcoilformagnetoplasmadymamicthruster

 YAO  Lu, YANG  Wen-Jiang, ZHANG  Tao, WANG  Bao-Jun, TANG  Hai-Bin   

  1. SchoolofAstronautics，BeihangUniversity，Beijing100191，China
  • Received:2017-04-28 Revised:2017-07-19 Published:2017-10-25 Online:2017-09-12

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摘要： 在工程应用上提供附加场的传统水冷铜线圈存在体积大、质量大、电耗高等显著缺点，因此体积小、质量小的高温超导磁线圈在附加场的磁等离子发动机（AppliedFieldMagnetoPlasmaDynamicThruster，AFMPDT）中的应用受到了广泛关注。文章为满足02T的大孔径中心磁场需求，对内径160mm、高度30mm、材料为Bi2333/Ag的三层双饼高温超导线圈进行了电磁特性试验研究。基于电输运法原理建立了高温超导线圈的临界电流测试系统，测量了不同层级和有无铁板情况下的线圈临界电流IC。试验发现，不同层级的临界电流IC最大有12%的差别，以中间层的IC值最大；聚磁铁板对线圈电磁特性具有正面影响，最高能将IC值提升42%。文章也开展了超导磁线圈电磁场仿真分析，研究了铁板尺寸和位置对线圈电磁特性的影响，得出了优化的聚磁铁板设计方案。

关键词: 磁等离子发动机, 高温超导线圈, 临界电流测量, 电磁场仿真, 优化设计

Abstract: Inengineeringapplications，thetraditionalwatercooledcoppermagnetcoilsprovidingappliedfieldhavemanydefectssuchaslargevolume，bigmassandhighpowerdissipation，sotheapplicationoftinyvolumeandsmallmasshightemperaturesuperconductor(HTS)coilsonappliedfieldmagnetoplasmadynamicthruster（AFMPDT）isfocusedon.AnHTScoilbyBi2333/Agwasdesignedtosatisfythedemandof02Tcentermagneticfieldstrengthwhichconsistsofthreedoublepancakecoils.TheHTScoilis30mminheight，witha160mminnerdiameter.Tostudytheelectromagneticpropertiesofthecoil, acriticalcurrenttestingsystemwasbuiltbasedontheprincipleofelectrictransportmethod.TheexperimentalresultsshowthatdifferentpancakeshavedifferentcriticalcurrentIC，andmiddlepancakehasthehighestICvalue.Theironplateshavepositiveinfluenceonthecoilelectromagneticproperties，andcanimproveICvalueby42%.Meanwhile，usingelectromagneticsimulationmethod，theeffectofironplatessizeandpositionontheperformancesoftheHTScoilwasresearched，andanoptimizeddesignwassummarized.

Key words: magnetoplasmadynamicthruster, hightemperaturesuperconductorcoil, criticalcurrentmeasurement, electromagneticsimulation, optimaldesign