超导磁流体推进器

超导磁流体推进器杨文杰能动08040120805830422概述

船舶磁流体推进是近二三十年出现的一种新型的船舶推进方式。它是利用海水中的电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生的一种推进方法，可用于船舶之类水中装置的推进。船舶磁流体推进具有高速、振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。1992年世界第一艘超导磁流体推进船“大和一号”的试航成功，标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段，目前许多造船大国纷纷对此技术进行详细研究，并预测此种推进方式将是本世纪最有希望的船舶新的推进方式之一。磁流体推进是一项综台性很强的高新技术，它涉及电磁学、流体力学，电化学等相互交叉学科的理论，又涉及新结构、新材料、新控制方法等综合性技术。世界上第一艘超导磁流体推进船--

“大和1号”（日本）

基本原理所谓的“磁流体推进器”就是依靠舰船内部的超导磁体，在船周围的海水中（具体来说是进入船体的海水）产生一个强大磁场；通过船上的一对电极，使强大的电流通过海水，根据“弗莱明左手法则”，会在船体后面产生一个向后推水的力，而水对船体的反作用力就会推动船前进。

在磁场一定的情况下，电流大，电磁力大，推力也大，船运动的速度就快；反之，电流小，电磁力小，推力也小，船运动的速度也慢。当电流方向改变时，电极的极性也改变，电磁力和推力的方向也改变，船舶运动的方向也随之改变。这样就可以利用凋节电流大小的方法来控制船的速度，利用改变电极的极性来操纵船的方向。磁流体推进器模型特点船舶采用磁流体推进后，具有以下特点：（1）振动和噪声小。磁流体推进取消了螺旋桨推进使用的螺旋桨、轴系的减速齿轮。消除了由这些转动机构引起的振动和噪声，其辐射噪声也比螺旋桨推进器小，使得船舶几乎在安静的状念下航行。（2）高效。磁流体推进器是一个静止设备，它既克服了转动机械的功率限制，也克服了螺旋桨高速转动形成的空泡，因而可以大大提高设备的功率。（3）布置方便。磁流体推进器装置中各部件，如发电机、推进器、辅助及控制等设备之间没有刚性连接，它可以集中或分散安装在舱室内任何一个位置，布置方便。（4）操纵性好。磁流体推进易于实现由驾驶人员在驾驶室中通过控制推进器的输入电压或电流对船舶进行操纵，通常通过调节电压(电流)的大小来控制船舶的推力及速度；通过改变电压的极性，即电流的方向，来操纵船舶的运行方向。与传统机械传动类推进器(譬如螺旋桨、水泵喷水推进器等)相比较，磁流体推进器的不同点在于：前者使用机械动力作为推力而后者使用电磁力。正因为如此，磁流体推进器无须配备螺旋桨桨叶、齿轮传动机构和轴泵等，是一种完全没有机械噪音的安静推进器。一旦现代潜艇使用了这种推进器，便从根本上消除了因机械转动而产生的振动、噪音以及功率限制，而能在几乎绝对安静的状态下以极高的航速航行。据理论计算其航速可达150节，而这是任何机械转动类推进器不可能实现的。与传统机械传动类推进器相比较技术指标1、电磁力与工作压力在电磁力作用的区域，海水受到的电磁力为：

Fe=∫VdJBsinadv

式中：Vd--通道的有效体积；

J--电流密度；

B--磁通量密度；

a--电流与磁通量的夹角。在理想情况下，推进器的工作压力等于单位面积上的电磁力，即

P=Fe/Ad=JBL

式中：Ad--通道的有效面积；

L-–通道的有效长度。上式表明，推进器的工作压力，与电磁力Fe成正比。电磁力越大，工作压力也越大；电磁力越小，工作压力也越小。2、喷速与流速流速是指海水流动的速度。喷速是按相对运动的观点，海水在通道出口处相对于通道的流速。3、磁流体的效率其公式：

式中:

——船磁流体推进效率；

——磁流体推进器效率；

——船舶影响系数。自1961年以来，美国、日本、苏联、中国等先后开展了磁流体推进的研究。到目前为止，这方面的研究大致可分为三个阶段：磁流体推进原理性研究；磁流体推进应用基础研究及磁流体推进实用化技术的研究。1961年赖斯基于液态金属电磁泵工作原理，提出了电磁推进系统即磁流体推进系统的设想，从而拉开了船舶磁流体推进研究的序幕。1966年，韦研制出由常导线圈构成的双圆柱电磁推进系统，并安置在EMS-1潜艇模型上进行试验，首次实现了船舶磁流体推进。20世纪70年代，超导技术步入实用化阶段，1976年日本神户商船大学佐治吉郎、岩田章等人将超导磁体用于磁流体推进器，研制出磁通量密度0.607T、推力为0.015N的SEMD-1磁流体推进装置(船模)，并在水槽中进行了试验。国内外研究状况超导材料尤其是高温超导材料的发展和磁流体技术的进步，以及超导磁流体推进船模试验和理论研究的成果，使人们看到了磁流体推进实用化的前景，并开展了一系列实用化技术的研究。苏联科学院高温物理研究所、卡尔波夫物理化学研究所等单位研制出5.8T、直径150mm、长800mm的超导螺旋磁流体推进器通道模型，进行了压力分布、电极压降、磁流体性能的分析和试验。美国阿贡国家实验室、海军水下系统中心和阿夫柯公司等单位，建立了海水循环回路，对几个不同尺寸通道的线性磁流体推进器的运行性能和关键技术进行理论和试验研究。1985年，日本开始了磁流体推进在船舶上实用化的研究，并于1992年研制出“大和一号”实验船，在海上进行了自航试验，它标志着世界上第一艘无螺旋桨的磁流体推进船的诞生。