螺旋通道磁流体推进器

Spiral Channel MHD Propulsion

直管马鞍型超导磁流体推进器结构简单,但超导线圈与相关结构复杂,一种螺旋通道磁流体推进器的超导线圈简单,水流通道相对复杂但对于机械制造是简单的。中科院电工所在1998 年研制了世界上第一艘超导螺旋式磁流体推进试验船(HEMS -1),是一艘在海水中行驶的超导磁流体推进船,由于在公开资料中没有看到螺旋通道磁流体推进器的近期新技术,本课件根据(HEMS -1)有关资料对其基本结构与原理作简单介绍。

螺旋通道磁流体推进器的超导线圈就是一个圆筒形线圈,圆筒也是水流的通道,通电后圆筒线圈内产生磁场,磁场方向与线圈筒轴线平行,但在筒内任何方向的电流都不可能使水轴向流动,电磁力不可能使水流动方向与磁力线方向平行,需要采取某种方法使筒内的水转为轴向流出。

在图1中有一个线圈,在线圈轴线处安装一个圆柱面电极(内电极),在线圈筒内壁面安装圆筒面电极(外电极),通上直流电,线圈产生轴向磁场,内电极接电源正极,外电极接电源负极,水在电磁力作用下在管内做环形流动,见图1。

 

在线圈内产生环形水流

图1-在线圈内产生环形水流

怎样让环形的水流变成轴向呢,在线圈筒内安装一块挡板,挡板以电流方向为轴,与磁力线有一定夹角(约45度),挡板拦住了环形水流,使其转为轴向,见图2。

线圈内环形水流受挡板作用转为轴向

图2-线圈内环形水流受挡板作用转为轴向

以上过程用一段3D动画来演示,动画中的红色箭头线代表电流方向,蓝色箭头线代表磁场方向,运动的绿色小球代表水流走向。

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螺旋通道磁流体推进器原理动画

实际的螺旋通道磁流体推进器内不是简单的几块挡板实现水流的转向,是在线圈筒内建立螺旋通道,螺旋通道部件中部是中轴体,在中轴体上绕有螺旋片,形成螺旋通道,在通道前端还有几片导流片,在后端有几片整流片,螺旋片、整流片、导流片均由绝缘材料制作,图3是螺旋通道部件的结构。

水从螺旋通道前端进入经前端导流片后进入螺旋通道,前端导流片的作用使进入螺旋通道的水较平稳,不出现涡流或湍流,水经过通道螺旋段后到后端整流片,使流出的水由螺旋运动转为轴向流动。

螺旋通道磁流体推进器的螺旋通道结构

图3-螺旋通道磁流体推进器的螺旋通道结构

把螺旋通道部件安装在线圈筒内,在通道螺旋段中轴安装有内电极,在线圈筒内壁安装有外电极,线圈安装在线圈罩内,线圈罩内充液态氮,使线圈处在超导温度状态。

螺旋通道磁流体推进器结构

图4-螺旋通道磁流体推进器结构

使超导线圈进入超导励磁状态,接通直流电源,内电极接正,外电极接负,海水在电磁力作用下做环形流动,但在螺旋片导流下海水沿螺旋通道前进,经整流片转为轴向从出口流出,这个过程在螺旋通道磁流体推进器动画演示。

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螺旋通道超导磁流体推进器动画

这艘超导螺旋式磁流体推进试验船的超导磁通密度为5T,整体的推进效率较低,期待更高温的超导体出现,产生强大的超导磁场推动船只前进。
 
 
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