Применение объемных высокотемпературных сверхпроводников в перспективных космических системах

Рис. 3. Зависимость силы левита-

ции от расстояния для одиночного

ВТСП

В МГТУ им. Н.Э. Баумана была

разработана технология, по которой

изготовляются элементы из моно-

кристаллической керамики на осно-

ве оксида иттрия (YBCO), являюще-

гося в настоящее время наиболее эф-

фективным материалом для ВТСП

[15, 16]. Экспериментальная зависи-

мость силы от перемещения для оди-

ночного ВТСП из иттриевой керами-

ки приведена на рис. 3.

На основе полученных монодо-

менных ВТСП разработаны и иссле-

дованы два вида магнитных подшип-

ников дискового типа, функциониру-

ющие при наличии магнитного поля [7–9]. Дисковая конструкция

опоры позволяет увеличить площадь магнитного взаимодействия меж-

ду сверхпроводниками и постоянными магнитами, а также реализо-

вать модульный принцип их построения. Разработан и изготовлен дей-

ствующий макет роторной системы с двумя опорами с ВТСП для гиро-

моторов КЛА. При выбранной компоновке магнитной системы ВТСП

массой 180 г обеспечивают устойчивый подвес ротора массой 3,6 кг с

рабочим зазором 0,8 мм. Максимальная нагрузочная способность под-

веса в радиальном направлении составляет 220 Н, в осевом направле-

нии — 150 Н, радиальная жесткость — 270 Н/мм, осевая жесткость —

224 Н/мм при температуре 77 K, отношение нагрузочной способности

к массе сверхпроводников — 120, максимальная частота вращения ро-

тора — 14 500 мин

−

, кинетический момент ротора — 4,53 Н

∙

с при

вращении с угловой скоростью 1047 рад/с. Элементы подвеса ротора

гиромотора на двух опорах с ВТСП показаны на рис. 4.

При статических испытаниях получена зависимость нагрузки

от перемещения (рис. 5), в соответствии с которой жесткость опо-

ры уменьшается с увеличением нагрузки, а гистерезисные эффекты

уменьшаются после нескольких циклов нагружения.

Постоянные магниты выполнены из сплава Nd–Fe–B, который име-

ет наиболее высокие значения индукции магнитного поля (

∼

Тл).

Для увеличения сил в системе важным является формирование вы-

соких значений градиента поля в области установки ВТСП. В дру-

гом макете используются магнитные диски с радиальным намагни-

чиванием. Общий вид этой опоры, установленной на испытательном

стенде, показан на рис. 6. При проведении динамических испытаний

модуля подшипника вал ротора раскручивается электродвигателем че-

рез магнитную муфту до 3 000 мин

−

. После разгона вал подшипника

18 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2016. № 1