磁流体推进_磁流体推进器应用的基础研究-全球滚动

2023-04-21 16:14:02

来源:财富中国

MHD推进器(德国MHD推进器)原船夫的梦想2020-02-04 21:54:50


(相关资料图)

1961年,Rice W A基于液态金属电磁泵的工作原理,提出了电磁推进系统的设想,即磁流体推进系统,从而拉开了船舶磁流体推进研究的序幕。磁流体推进器利用海水中水流和磁场的相互作用力产生推力,推动船舶前进。因此,螺旋桨没有螺旋桨和操纵机构引起的振动和噪声,能满足船舶高速航行的要求,因此受到各国的广泛重视。此后,美国、日本、前苏联、中国等国家相继开展了MHD推进的研究。(注:文中“T”为特斯拉,1节=1.852 km/h)

磁流体推进器可以完美解决传统机械传动系统的振动和噪音问题。

磁流体推进器应用的基础研究

经过Phillip O M和Doragh R A的早期理论研究,1966年,Way S研制出由恒定导体线圈组成的双缸电磁推进系统,并安装在EMS-1潜艇模型上进行试验。虽然螺旋桨磁场只有0.015T,船舶推进速度只有0.4m/s,但这是首次实现船舶的流体推进,意义重大。随后在1971年,中国第六机械工业部下属的701所和712所联合研制了磁场为0.075T的外磁流体推进器,安装在潜艇模型上,在船速约为0.62 m/s的水池中进行试验。

磁流体推进模型

MHD推进器面临的问题

虽然这两次试验都证实了该船MHD推进的可行性,但试验船的磁场太弱,导致推力小,效率低。但学者们普遍认为,螺旋桨磁铁只有在几个立方通道内都能产生20T以上的磁场,才能达到实用的推进效率。以当时的技术水平,用恒定磁化器是不可能达到这么高的磁场的,只能用超导磁体。但当时超导磁体技术还不成熟,磁体的场强不高,达不到技术要求。结果,MHD推进的研究在60年代中期以后的10年里基本处于停滞状态。

MHD推进原理

为什么超导磁体可以解决MHD推进器效率低的问题?

解决MHD推力器效率低的关键措施是增加推力器的磁通密度,产生更强的磁场。超导磁体之所以能产生更强的磁场,主要是因为用来 *** 磁体的线圈材料是完全导电的。线圈通电后,电流在其闭合回路中无衰减地流动,得到稳定的“永久磁场”。因为磁场中磁饱和没有极限,线圈没有电阻,所以强电流通过时没有焦耳热损失。所以理论上线圈的电流密度可以极高,磁场也可以极强。

使用超导磁体的磁流体推进器实物

随着超导技术的突破,MHD推力器迎来了新的活力。

20世纪70年代,随着超导材料特别是高温超导材料的发展,磁体技术得到了很大的发展,使人们看到了磁流体推进的实用前景,并进行了一系列的实用化研究。1976年,日本神户商船大学的Yoshiro George等人首次将超导磁体用于MHD推进器,并研制出推力为0.607T和0.015N的MHD推进装置1979年,他们成功研制出磁场为2T、推力为15N的磁流体推进器。1992年,日本研制出世界上之一艘正式的全尺寸MHD推进试验船“Yamato-I”,磁场2T时船速达到5.3节,使MHD推进进入“新时代”。

大和号试验船

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作者:船夫之梦2020年2月4日

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