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随着超导技术的发展,超导磁体已经应用于工业、医疗器械、大科学工程、能源和交通运输、电力工业以及国防等领域。
最近,我们将超导技术引入磁约束等离子体推进器的研究中,研制了该装置所需的超导磁体系统。磁约束等离子体推进器是一种新型火箭,它源于磁约束装置磁镜的原理。与化学火箭相比,它具有大的比冲,推力可调,高的运载效率,适合于深空探测。超导磁体系统对等离子体的产生、加热和喷嘴起到关键作用,它的研究对磁约束等离子体推进器的发展将起到一定的促进作用。
本文首先根据推进器的设计要求,使用俄罗斯生产的UNK NbTi超导线作为超导磁体系统的超导用线。通过ANSYS有限元软件对磁体系统进行电磁仿真,计算出满足设计要求的空间磁感应强度分布。再根据NbTi的数据,给出超导磁体系统的设计参数。
其次根据超导磁体系统的设计参数,计算系统所受的电磁力和机械应力分布。由于超导磁体所通电流密度较大,所以其所受电磁力亦非常大。在磁体设计时,要考虑电磁力所引起的机械应力在磁体系统中分布情况,以免磁体使用中由于受力过大导致磁体的损坏。
最后,分析推进器中的等离子体漏率和磁体所加载的电流强度以及位置的关系,定性的给出其规律。