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超导磁流体推进,从“玩转”到“放电”!

现代舰舶的螺旋桨自19世纪初问世以来,通过不断的技术改进与蒸汽动力一起,推动了人类航海技术的巨大跨越。毫无疑问螺旋桨和蒸汽机一样,是200多年前第一次工业革命的典型代表。

但时过境迁,今天无论在陆地还是大洋上,冒着浓浓黑烟的蒸汽机早就不见了踪迹,可大大小小的船艇上螺旋桨为什么还在隆隆的旋转呢?

人类进入电器时代已超过100年了,没有车轮的磁悬浮列车不断刷新着陆地车辆的速度纪录。在水中,为什么不能同样使用电与磁的神奇力量,替代庞大而笨重的机械转动推进舰船呢?

设计师将目光聚焦到了“磁流体推进”技术。所谓磁流体推进是对一个贯通海水的通道加上磁场,使导电的海水产生电磁力而在通道内流动,并以反作用力推动舰船前进。而采用超导磁体作为磁场来源,则称“超导磁流体推进”。

磁流体推进器由磁体、电极和通道3部分构成,其推进过程可以借助物理学中的“磁场推动通电导线”这一现象解释。将金属直导线放入磁场中,当导线通电时,磁场就会对通电导线施加一个侧向力而使导线发生移动,力的方向为右手拇指所指方向。若将金属导线视替换为带电的海水,则海水就会像导线一样向拇指方向运动。通过调节电流大小,还可以控制海水的流度;改变电极正负则可以改变海水流动的方向。

20世纪末以来,船舶磁流体的推进研究逐步向实用化阶段迈进。日本建造的“大和”1号试验船是世界上第一艘无螺旋桨推进船。美俄等国也在磁流体推进方面做了大量的试验研究。俄海军曾被披露计划将磁流体推进运用于核潜艇。

与传统推进器相比,磁流体推进装置没有转动机构,可以使船舶几乎在完全安静的状态下航行,从而大大改善了航海人员的生活、工作环境,并可极大的增加军用舰艇隐蔽性。

由于克服了转动机械的功率限制,不会像螺旋桨那样在高速旋转时产生空泡,磁流体推进还可以大幅提高输出功率,为制造超高速舰船创造条件。

此外,磁流体推进器各个部件,如发电机、推进器、辅控设备等,相互之间没有“刚性连接”,可集中安装也可分散于任何舱室之中,可增加舱室布置的灵活性。

虽然有突出的优势,但目前超导磁流体推进器在实用化方面还存在着一些亟待解决的问题。主要是系统轻量化、小型化问题,高性能电极材料技术以及磁流体漏磁问题等。


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