超导磁流体推进器分解

厚德博学
追求卓越
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。 我国从20世纪70年代初开始了磁流体推进技术的研究，1971年，中 国船舶工业总公司武汉船舶设计研究所和武汉船用电力推进装置研究所联合 研制出磁通量密度为0.075T的外磁流式磁流体推进器，并安装在潜艇模型 上在池中进行了试验。
厚德博学
追求卓越
世界上第一艘超导磁流体推进船-- “大和1号”（日本）
厚德博学 追求卓越
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。
厚德博学
追求卓越
Thank you
厚德博学
追求卓越
超导磁流体推进器
杨文杰 能动0804 0120805830422
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。
厚德博学 追求卓越
深度；而尾升降舵用于产生纵倾或保持已有的纵倾角。有的潜艇没有首升降舵 ，而改设指挥台围壳水平舵。其缘故是围壳舵比首升降舵能更好地在各方向上 保持潜艇良好稳定性。为了使潜艇航行稳定，一般潜艇艇尾还设有垂直稳定翼 和水平稳定翼。 目前，潜艇在概念试验阶段还存在操纵性上有不安全因素，譬如高速航 行时，会产生急剧增减航速或突然改变航向、深度，极易出现纵、横摇摆及埋 首现象。而发生卡舵时，潜艇则会很快超深下沉。为了从根本上解决操纵性问 题，打算将磁流体推进器与舵设备同时装设在潜艇上，当潜艇静止或低速航行 时，采用喷水推力操纵，而高速航行时则将舵设备与推进器混合使用，可最大 限度的消除舵设备的惯性作用，保持稳定运动。同时，自动化的操纵控制技术 还将使操艇人员能够象驾驶飞机一样操纵潜艇。 说到威胁力，磁流体推进潜艇对于2l世纪的潜艇设计师和建造师来说，具 有极大的吸引力。因为这种全新的推进方式将使潜艇在战术、技术性能上发生 质的飞跃。只要艇员的身体素质和艇内的生活用品允许，磁流体潜艇将拥有无 限的续航力和自持力；只要艇体强度承受得住，又可在任意深度航行；更为重 要的是，这种潜艇具有空前的的安静性和水下高速航行、高速机动能力，成为
在强大的电磁力作用下，海水旋转着向后高速运动，再经出口导 流器变为平行水流后通过喷口向艇尾喷射，推动潜艇前进。由于6个 螺旋型磁流体推进器相互之间是独立的，因此任意改变其中某几个推 进器的推力大小，即可改变潜艇航行状态、实现左转、右转、上浮、 下沉等运动姿态。 在使用中，首升降舵主要用于产生正、负升力，改变或稳定航行
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。
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： t 式中:
*
c
——船磁流体推进效率； t ——磁流体推进器效率； c ——船舶影响系数。

厚德博学
追求卓越
国内外研究状况
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，1 976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。
厚德博学 追求卓越
真正意义上的潜艇，只要目标在攻击范围之内，那么任何猎物都难逃脱“它 ”的手掌。 专家预测，到本世纪三十年代，磁流体推进装置将在潜艇得到实际应用 。从时间和科研基础上讲，中国如果能够继续加大发展超导磁流体技术，则 有可能比美国领先10～20年，在“磁流体推进器”研究方面，中国的实验 及研究成果显然比世界上的其它国家领先了一大步，中国有可能成为明天的 海上霸主。这种概念试验艇如果变为现实，那么世界的海洋将成为中国的海 洋。
厚德博学 追求卓越
与传统机械传动类推进器相比较
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。
厚德博学 追求卓越
磁流体推进器模型
厚德博学 追求卓越
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。
厚德博学 追求卓越
近年来，中国科学院电工研究所研制出磁流体推进试验用0.8T， 35mm×50mm×300mm的永磁磁体和0.46T的永磁式磁流体推进器及 其船模后，又研制出推选器州磁通密度达4T、直径200mm、长300mm 的螺管形超导磁体，并且正进行着螺旋型超导磁流体推进器披船模的研究 。
厚德博学
厚德博学 追求卓越
的主发电机和2台供设备及照明用的辅助发电机；在机舱后部设有消音 器、甲板下设燃料油、润滑油箱、冷却海水泵以及压载水舱。 操控舱与磁流体推进器舱：操控舱内主要装有液氦制冷装置，推 进器的直接或备用操纵装置，测量仪表台、柜等。在磁流体推进器舱 内，安装1台六连环直流螺旋型超导磁流体推进器。磁流体通道前后端 分别设有海水吸人导流管和喷出导流管，吸人口呈卵圆形在艇体外壳 上“开凿”，喷管出口则穿出艇尾壳体。 （二）航行状态以及它的威胁作用
厚德博学
追求卓越
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 厚德博学 追求卓越 作压力也越大；电磁力越小，工作压力也越小。
厚德博学 追求卓越
无人小型潜艇（可遥控回收）进行侦察、反潜艇、干扰敌舰通讯等作战 功能。也可配备一艘六人的小型的可操作型潜艇，进行深入敌后，完成 一些潜艇所无法完成的任务。 指挥舱：配备最新型光电桅杆使潜望镜发生了巨大变化，同时操作 灵活，无须上浮便可取得作息处理和作战决策，舱内有大型显示屏、作 战系统、操艇系统。主要包括；光电桅杆、电子战桅杆、数据高速传输 桅杆及特种任务桅杆。 居住舱：为提高航行速率，增大自持力，设计宽敞、舒适的居住舱 ，共80个双层铺位，40个临时铺位。 蓄电池舱：作为备用能源，磁流体推进器仍须装备一定数量的蓄电 池，该舱靠近艇的中部指挥舱下层空间。 核反应堆舱：要求输出功率高，安静性能好，持久力长的特点。考 虑使用热离子反应堆，它能转换电能，简化舱内结构，热离子反应堆不 会产生高温、高压、而且节约材料和能源。 发电机舱：该舱设置在核反应堆舱之后。装2台给磁流体推进器供 电