[发明专利]一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法

说明书

本发明公开了一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法，根据超导线圈绕制回转台的旋转中心在托卡马克坐标系中的位置坐标，结合超导线圈各段圆弧和直线的参数方程，通过旋转变化公式计算得到超导线圈绕制过程中绕制回转台在横向、纵向和旋转方向的位置数据，通过预览超导线圈的轮廓和各方向上的位置曲线是否平滑，判断输入的旋转中心坐标和超导线圈的参数方程是否正确。本发明实现了核聚变堆大型铠装超导线圈绕制数据的正确计算，缩短了线圈绕制回转台底层运动数据的计算周期，避免了超导线圈绕制过程中绕制回转台对已成形的超导导体产生额外拉扯，确保了超导线圈绕制完成后的轮廓度。

技术领域

本发明涉及一种核聚变用超导磁体领域，具体涉及一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法。

背景技术

核聚变能是人类理想的清洁能源，对环境的污染轻，聚变产物没有放射性，同时，由于聚变反应需要的条件比较高，一旦发生事故，造成反应的等离子体约束破裂，聚变反应便会终止，安全性高。超导磁体系统是核聚变堆中的关键核心部件，其中，环向场磁体用于约束等离子体，极向场和中心螺管磁体用于加热、成形和平衡等离子体，而校正场磁体用于补偿磁体加工和安装过程中产生的误差场。当前，核聚变堆超导磁体的线圈均采用铠装管中电缆导体，通过连续推弯连续绕制而成。在超导线圈绕制的过程中，绕制回转台需要在横向和纵向移动，同时不断旋转，确保回转台的轮廓始终与铠装超导导体的进给方向保持相切，避免在绕制过程中对已推弯成形的铠装超导导体进行拉扯从而产生额外的应力，影响超导线圈最终的成形轮廓度。

对于不同的托卡马克装置，线圈轮廓形状、截面尺寸均不相同。铠装超导导体无张力推弯成形系统设计前，需要获得绕制回转平台的移动速度、加速度、转动速度及转动角速度进行离散化数据计算，在铠装线圈绕制过程中，导体进给速度和回转平台的相切运动速度不匹配，影响导体弯绕成形的精度。对于通常情况下，都采用人工计算的方式对复杂的核聚变磁体进行繁琐的离散计算，数据计算效率低、数据导入的工作量大、绕制过程的出错率高。

为了解决上述问题，本发明提供了一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法，采用该方法可以使用数学计算软件进行通用的，多圆弧的仿真计算，可以缩短核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算的准确性、缩短计算周期，确保绕制回转平台的运动准确性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法，根据超导线圈绕制回转台的旋转中心在托卡马克坐标系中的位置坐标，结合超导线圈各段圆弧和直线的参数方程，通过旋转变化公式计算得到超导线圈绕制过程中绕制回转台在横向、纵向和旋转方向的位置数据，通过预览超导线圈的轮廓和各方向上的位置曲线是否平滑，判断输入的旋转中心坐标和超导线圈的参数方程是否正确，实现了核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据的正确计算，缩短了线圈绕制回转台底层运动数据的计算周期，避免了超导线圈绕制过程中绕制回转台对已成形的超导导体产生额外拉扯，确保了超导线圈绕制完成后的轮廓度。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法，包括如下步骤：

步骤一：确认超导线圈绕制回转台的旋转中心在托卡马克坐标系中的位置坐标；

步骤二：确认超导线圈各段圆弧的圆心位置坐标、半径大小和圆心角大小；

步骤三：判断超导线圈中是否存在直线段，若存在直线段，则首先确认直线段的长度和直线段在托卡马克坐标系中的位置坐标，然后确认绕制数据的离散步长且步长为整数，如果不存在直线段，则直接确认绕制数据的离散步长且步长为整数；

步骤四：根据超导线圈的参数方程和旋转变换公式，计算超导线圈绕制过程中绕制回转台在横向、纵向和旋转方向的位置数据；

步骤五：预览超导线圈轮廓并观察是否平滑，若超导线圈轮廓平滑，则进入步骤六，否则重新检查输入的超导线圈各段圆弧的圆心位置坐标、半径大小和圆心角大小；