磁流体推进器

无工质推进器原理引言：无工质推进器是一种新型推进技术，它可以在没有燃料或化学反应的情况下产生推力，因此被广泛应用于航天、卫星、以及太空测量等领域。

本文将从物理原理、工作方式、优缺点等方面，对无工质推进器进行详细阐述。

物理原理：无工质推进器是继电磁驱动器、光子推进器等之后，又一种将电磁场能转化为推进力的新型推进技术。

其原理与电磁驱动器类似，均采用的是洛伦兹力来产生推力的方法。

将强磁场和高能电子束结合，高能电子束在磁场的作用下产生电磁力，使推进器向相反的方向推进。

工作方式：无工质推进器分为两种，一种是阴极射线推进器，另一种是等离子体磁流体推进器。

阴极射线推进器利用阴极射线来产生高能度的电子束，然后将其加速并射出，通过磁场来产生推力。

而等离子体磁流体推进器则是利用加热等离子体来产生高速离子束，然后将其引导磁场，产生推力。

这两种推进器都是在没有燃料消耗的情况下产生推力，因此可以说是低成本、高效能的推进技术。

优缺点：相对于化学推进技术而言，无工质推进器的优点非常明显。

首先，无工质推进器不需要燃料，因此成本极低，而传统的化学推进技术需要大量燃料和氧气，成本非常高。

其次，无工质推进器的推力稳定、精确、可控，而传统的化学推进技术则往往会产生剧烈的震荡和振动，这会对卫星的正常运行产生很大的影响。

此外，由于无工质推进器不需要燃料，因此可以极大地延长卫星的使用寿命。

然而，无工质推进器也存在一些缺点。

首先，无工质推进器的推力很小，需要很长时间才能将卫星推至所需轨道。

而化学推进技术则可以在短时间内将卫星推至所需轨道。

此外，无工质推进器对技术和设备要求很高，需要大量的精密工具和设备，并需要严格的控制和监测。

结论：无工质推进器作为一种新型推进技术，具有很多优点和潜力。

虽然其目前的推力不如化学推进技术，但是由于无工质推进器不需要燃料，因此其成本更低、推力更稳定、卫星的使用寿命更长。

随着无工质推进器技术的发展和进步，相信无工质推进器将在未来的航天领域中得到更加广泛的应用和发展。

科技成果——磁流体推进技术技术开发单位中科院电工研究所项目简介该技术是利用海水通过磁场而产生的电磁力来推动海洋装置前进的新技术，它取代了传统螺旋桨、轴系、减速齿轮等结构，极大地降低了噪声；推进器的磁体、电极等是相对静止的固定装置，不受旋转机械极限功率的限制，可制造超大功率的高速海水推进器，理论航行速度可达150节。

操作简便灵活，改变电极电流的方向和大小就可以改变推进装置推力的方向及大小，空间布局灵活，推进器安静舒适。

目前，已研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进试验船HEMS-1号，船长为3.2米，排水量约1吨，可搭乘1人，中心磁场为5特斯拉，采用不锈钢镀铂电极，推力可达40-50牛顿，船速2节。

该成果获中国科学院2000年科技进步二等奖。

应用范围低噪音海洋环境勘察、海洋观光旅游。

项目所处阶段实验室研究。

市场前景世界游轮协会资助完成的一项研究显示，美国人口中有12.3%的人曾经乘坐过游轮，每年还有数以百万的人加入到这个队伍中来；超过6800万的美国人希望乘坐游轮，超过4300万人确定会成行，这意味着潜在的游轮度假市场至少达到570亿美元，最高可能达到850亿美元。

我国自1976年9月日本国际游轮珊瑚公主号首次停靠大连港，访问中国沿海港口的游轮数量逐年上升。

据《2010-2011中国邮轮发展报告》，2010年乘坐游轮赴海外旅游的出入境大陆游客达到79万人次，比上年增长20.1%。

同时还有正在兴起的游艇项目，可见我国市场发展潜力巨大。

应用磁流体推进技术，可形成海上观光游轮、游艇，海底观光的水下推进器，实现广大民众的海底观光愿望。

磁流体推进技术噪音低、环保，对水下生物影响小，是一种环保、绿色的海洋观光技术。

合作方式技术转让、技术入股、合作开发。

超导磁流体推进器我国代号为“洛神”的“超导磁流体推进器”潜艇研制已经取得了重大突破，开始进入试车定型阶段。

我国是个海洋大国，随着大洋经济的到来，我们越来越意识到海洋的重要性。

但是由于我国的海军建设一直以来都是以近岸防御为主，而对保护稍远的海上利益却显得有些力不从心。

于是大力发展远洋海军，对中国来说是势在必行。

可是，一味追赶，一味模仿外国海军的模式,总令中国头头脑脑们陷入极大的被动。

于是在90年代初期，由中国科学院电工所与中国舰船研究院负责，一个称为“剑鱼”（99工程）的计划实施了，其实质便是超导技术在海军舰艇方面的应用研究。

从开始研制到今天试车成功这十几年时间里，我们的科学家们可谓是创造了人类的一个奇迹。

下面我们就以下几个方面对我国的新型潜艇进行了解：中国“洛神”超导磁流体推进器潜艇90年代初期，由中国科学院电工所与中国舰船研究院负责，一个称为“剑鱼”（99工程）的计划实施了，其实质便是超导技术在海军舰艇方面的应用研究。

从开始研制到今天试车成功共花费这十几年时间.1、外型：当初分别参照了俄罗斯K级（“基洛”877-636）型艇，以及美国的“弗吉尼亚”级核潜艇，还有法国“红宝石”核潜艇作为新舰风洞模型。

然而这些在以前的动力装置下，被喻为世界顶尖的水滴型设计的外型，在以超导磁流体作为动力的风洞实验中，其钝型的舰首在高速行驶下会与海水形成一个酷似音障的水障，因此大大影响了航速。

于是，凝聚着中国的设计人员的智慧和力量的鱼形外型出现，并近乎完美的通过了风洞试验。

其首部与尾部各有一对升降舵，在使用中，首升降舵主要用于产生正、负升力，改变或稳定航行深度；而尾升降舵用于产生纵倾或保持已有的纵倾角。

两侧及围壳、舵内壳采用最新的高强度塑钢，它的承受力比目前的潜艇钢高出三倍以上，下潜最深深度可达800―1000米。

而船体则包裹着一层由特殊材料制成的弹性“皮”称为“无回声蒙皮”，这种皮使艇壳对于声纳波几乎无反射.2、动力：“超导磁流体推进”作为一个非常复杂的课题，它由几个部分构成：A、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*近艇的中部指挥舱下层空间。

2019年12期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application磁流体推进器的推进性能影响因素分析宋玙薇（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州450047）1概述磁流体推进技术是一种全新的航海平台推进方式，它几乎不需要任何机械传动部件，同时不会出现空化现象，因此在降噪、提速等方面都极具潜力。

从推进原理到推进性能，磁流体推进全面颠覆了传统的螺旋桨与泵喷推进，其未来应用主要针对航海平台的静音、高速推进等[1]。

2推进原理及技术特点由于海水中存在大量盐类，可通过电解离子交换而具有导电性。

若在磁场中给海水通电，洛伦兹力（电磁力F=J ×B ）将驱动海水沿垂直磁场和电流所构成平面的方向而运动，其反作用力作为推力即可推动航海平台运动（如图1所示[2]），以上即为磁流体推进技术的基本原理[3]。

由此可见，决定磁流体推进系统性能的三要素包括：导电液体（海水）、电场、磁场。

图1磁流体推进基本原理图磁流体推进的技术特点主要体现在：（1）安静。

磁流体推进系统不存在螺旋桨、轴系和减速齿轮箱等机械部件，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，使得航海平台几乎在安静的状态下航行，具有十分理想的噪声特性。

（2）操纵灵活。

磁流体推进可控制推进器的输入电压或电流对航海平台进行操纵，通常通过调节电压（电流）的大小来控制推力及速度；通过改变电压的极性，即电流的方向，来操纵运行方向，响应快速，操作灵活。

3螺旋型磁流体推进器推进性能影响因素分析螺旋型磁流体推进器[4]的推力F T 见公式（1），其中F em为电磁力，F f 为通道阻力。

F T =F em -F f （1）通道阻力：公式（2）中，ξ为阻力系数，ρ为流体密度，L d 为通道等效长度，D h 为通道水力直径，A d 为通道截面积，νs 为流速。

其中ξ、ρ、νs 均可认为常数，而L d 、D h 、A d 均为通道结构参数，通道结构参数的最优解取决于磁体长度和磁体外径。

磁流体推进器原理磁流体推进器是一种利用磁场和流体动力学原理来实现推进的新型推进技术。

其原理基于磁流体力学的基础理论，通过对流体施加磁场来产生推进力，从而实现航天器的推进和定位。

磁流体推进器的原理虽然复杂，但是其应用前景广阔，具有很高的推进效率和灵活性。

磁流体推进器的原理主要包括磁流体力学、磁流体动力学和磁流体控制三个方面。

首先，磁流体力学是研究磁场和流体相互作用的学科，通过对流体施加磁场可以改变流体的运动状态，产生推进力。

其次，磁流体动力学是研究磁场对流体动力学性质的影响，通过对流体施加磁场可以改变流体的密度、粘性和导电性，从而影响流体的运动状态。

最后，磁流体控制是研究如何通过对磁场的控制来实现对流体的操纵，从而实现推进器的精确控制和定位。

磁流体推进器的原理实际上是利用磁场对流体的影响来实现推进，其核心是通过对流体施加磁场来改变流体的运动状态，从而产生推进力。

在磁流体推进器中，通常会采用等离子体或离子化的气体作为推进剂，通过对推进剂施加磁场，可以改变推进剂的运动状态，从而产生推进力。

同时，磁流体推进器还可以通过对磁场的精确控制来实现推进器的定位和姿态控制，从而实现航天器的精确操纵。

磁流体推进器的原理不仅适用于航天器，还可以应用于地面交通工具和水下航行器。

在地面交通工具中，磁流体推进器可以通过对地面轨道施加磁场来实现磁悬浮列车的推进和定位；在水下航行器中，磁流体推进器可以通过对水流施加磁场来实现潜艇的推进和操纵。

因此，磁流体推进器的原理具有广泛的应用前景，可以为人类的交通工具和航天器提供高效、环保的推进技术。

总之，磁流体推进器是一种利用磁场和流体动力学原理来实现推进的新型推进技术，其原理基于磁流体力学、磁流体动力学和磁流体控制三个方面。

通过对流体施加磁场来改变流体的运动状态，从而产生推进力。

磁流体推进器的原理不仅适用于航天器，还可以应用于地面交通工具和水下航行器，具有广泛的应用前景。

希望通过本文的介绍，能够更加深入地了解磁流体推进器的原理和应用。

1.磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。

图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。

如图2所示，通道尺寸a＝2.0m、b＝0.15m、c＝0.10m。

工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6V；海水沿y轴方向流过通道。

已知海水的电阻率ρ＝0.20Ω·m。

（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；υ＝5.0m/s的速度匀速前进。

若以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，（2）船以s由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到v d＝8.0m/s。

求此时两金属板间的感应电动势U感；（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U’＝U－U感计算，海水受到电磁力的80％可以υ＝5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。

转化为对船的推力。

当船以s2.磁流体发电机示意图如图11所示，a、b两金属板相距为d，板间有磁感应强度为B的匀强磁场，一束截面积为S，速度为v的等离子体自左向右穿过两板后速度大小仍为v，截面积仍为S，只是等离子体压强减小了．设两板之间单位体积内等离子的数目为n，每个离子的电量为q，板间部分的等离子体等效内阻为r，外电路电阻为R．求：⑴等离子体进出磁场前后的压强差Δp；⑵若等离子体在板间受到摩擦阻力f，压强差Δp/又为多少；⑶若R阻值可以改变，试讨论R中电流的变化情况，求出其最大值I m，并在图中坐标上定性画出I随R变化的图线．图113.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。

图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻1R相连。

整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。

磁流体推进器的推进性能影响因素分析作者：宋玛薇来源：《科技创新与应用》2019年第12期摘要：文章首先简单介绍了磁流体推进技术的原理及特点，从螺旋型磁流体推进器设计的角度，分析了影响磁流体推进性能的因素，确定了磁体外径、磁体长度、通道数量、磁场强度与推进效率之间的相互制约关系，为螺旋型磁流体推进器的平台应用提供了设计思路。

关键词：磁流体推进;超导磁体;分析中图分类号：U664.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0009-031概述磁流体推进技术是一种全新的航海平台推进方式，它几乎不需要任何机械传动部件，同时不会出现空化现象，因此在降噪、提速等方面都极具潜力。

从推进原理到推进性能，磁流体推进全面颠覆了传统的螺旋桨与泵喷推进，其未来应用主要针对航海平台的静音、高速推进等。

2推进原理及技术特点由于海水中存在大量盐类，可通过电解离子交换而具有导电性。

若在磁场中给海水通电，洛伦兹力（电磁力F=JxB）将驱动海水沿垂直磁场和电流所构成平面的方向而运动，其反作用力作为推力即可推动航海平台运动（如图1所示），以上即为磁流体推进技术的基本原理。

由此可见，决定磁流体推进系统性能的三要素包括：导电液体（海水）、电场、磁场。

磁流体推进的技术特点主要体现在：（1）安静。

磁流体推进系统不存在螺旋桨、轴系和减速齿轮箱等机械部件，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，使得航海平台几乎在安静的状态下航行，具有十分理想的噪声特性。

（2）操纵灵活。

磁流体推进可控制推进器的输入电压或电流对航海平台进行操纵，通常通过调节电压（电流）的大小来控制推力及速度;通过改变电压的极性，即电流的方向，来操纵运行方向，响应快速，操作灵活。

3螺旋型磁流体推进器推进性能影响因素分析综上，螺旋型磁流体推进器的推力FT主要取决于磁体长度L、磁体外径Ф、磁场强度B。

本文以水下平台最高航速为30节，推进功率30MW为算例，进行推进性能影响因素分析，推进器由对称型多螺旋型超导磁体组成，即通道数量为偶数。

超导磁流体推进技术现代舰舶的螺旋桨，自19世纪初问世以后，通过不断地改进技术与蒸汽动力一起，推动了人类航海史的巨大跨越。

毫无疑问螺旋桨和蒸汽机一样，是200多年前第一次工业的产物。

今天，无论是内河还是大洋，冒着浓浓黑烟的蒸汽船早就不见了踪迹，可大大小小的船艇上螺旋桨还在隆隆地旋转。

可是人类进入电器时代已超过100年了，陆地上的磁悬浮列车已经创造速度纪录，而在水面上，为什么不能用电与磁的力量，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，产生反作用力推动舰船前进。

而采用超导磁体作为磁场来源，则称为超导磁流体推进器。

超导磁流体推进器外观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“磁场对通电直导线的作用”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所指方向运动。

通过调节电流大小，可以控制速度；改变电极极性可以改变运动方向。

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。

超导直线电磁推进系统试验船“大和一号”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，从而极大地增加了舱室布置的灵活性。

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、磁流体漏磁问题，以及高效率的通道设计等。