超导磁流体推进技术—动装22页PPT
- 格式:ppt
- 大小:1.71 MB
- 文档页数:22
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。
超导磁流体推进新技术从船被“造”出来的第一天起,人们就没有停止思考怎样让它更好的“前进”……寻找可借之力据船史学家考证,距今约一万年前,人类就开始使用篙、短桨和橹等工具,驱驶着独木舟、木排以及皮筏等原始船只在水中航行。
大约在5000年前,埃及、腓尼基和巴比伦就出现了装桨的船只,靠众多奴隶划桨航行。
这是船舶发展史上最早的推进方式:肌肉加木桨。
公元前3000年,古希腊人首次使用了帆,利用风力驱动船只前进,这便是船舶的又一种推进方式:风力加船帆。
然而,在此后长达3500年的时间里,木桨一直仍是船舶最主要的推进器。
尽管在一些桨船上也挂有简易的横帆,但那只是辅助动力,如图2。
纯粹用帆作为推进器的船舶直到16世纪以后才开始普及,然后,风帆航海时代延续了将近300年。
18世纪下半叶,英国人瓦特发明了蒸汽机,随之带来了船舶动力的革命,而机动篙、机动划桨、明轮及螺旋桨等动用新动力的新型推进器设计相继出现。
就19惜纪卜半叶蒸汽机的性能及工业条件而言,无疑明轮最为适宜,它由安装在船舷或船尾的大转轮旋转打水推动船舶。
因为巨大的叶轮一半暴露在水面之外一目了然,人们称之为“轮船”,而这一称呼一直沿用到了现在,如图3。
明轮风光了百余年,但在风浪下叶轮的桨板会完全露出水面而形成空转、导致主机“飞车”自毁,而桨板又极易受损坏。
因此,19世纪中叶以后,远洋船舶不得不寻找推进“新秀”——螺旋桨。
使用螺旋桨的想法由来已久,如图4。
有人认为早在15世纪,达芬奇就提出了类似构想,而另一种说法则认为一位叫伯努力的瑞士人于1752年的某天,因观看一木匠干活,而受螺丝钉的启发提出了螺旋桨的设想。
遗憾的是,当时没有蒸汽机,所以直到80年后(1838年)英国人史密斯才研制出世界上第一艘螺旋桨船“阿基米德”号。
船上的那只螺旋推进器是一只“长尾巴”一样的木制单螺纹蜗杆,最初试航时,达到了约4节航速。
然而,一次偶然的螺杆断裂却证明螺旋越少、航速越高,断杆竟然跑出了13节的航速。
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。
磁流体推进的研究姓名:娄树旗 学号:20090916 班级:04120901 专业:电子科学与技术(光电子方向) 摘要:磁流体推进是利用海水中电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生推力的一种推进方法,可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具,具有振动小、噪声低、操作灵活等优良特点。
由于超导磁体的应用,目前磁流体推进技术已处于推进实用化研究阶段,大部分科学难题都已得到解决,但仍有少部分问题没有得到有效解决,比如如何完善超导材料及磁体技术。
为了能够找到克服技术难题的关键,必须从工作原理对磁流体推进技术作详细的叙述,对磁流体推进器作系统的分析和对比,从中发现线索,找到突破口。
关键词:磁流体推进;超导磁体;工作原理一、引言:传统的船舶动力来源一般是人力、自然力、机械力,既耗时又耗力。
现代船舶改用电力 作为推动装置,大大简化了操控过程,再加上核能发电技术的日益完善,现代船舶航行现状大为改观,船速更快,船向变化更灵敏。
而磁流体概念的诞生又为现代推进技术增加了改进的可行性。
二、磁流体推进的工作原理:法拉第研究出电与磁的关系后,世人对电磁之间的关系产生了极大的兴趣,以至于电磁技术在短时间内得到了长足的发展。
磁流体推进技术便是电与磁相互作用的结果。
带电离子或者通电直导线在磁场中会受到力的作用,带电粒子受的力叫洛伦兹力,通电 导线受的力叫安培力。
该力与离子运动速度或者导体棒中的电流满足左手系,即伸直左手,让磁感线垂直穿过手心,四指指向离子运动或导体棒中电流的方向,大拇指的指向就是带电粒子或者通电直导线受到的力的方向。
磁流体推进技术就是依据以上的基本原理发展起来的。
我们先看一个磁流体推进简图(右图所示)。
此图为磁流体推进最简单的矩形通道图,该矩形长、宽、高分别为L 、a 、b ,电流大小为I,电流密度为J ,电源电动势为E ,穿过绝缘板的磁场的磁感应强度为B ,海水受力海水F ,矩形通道受力为推F,海水流速为u ,船速为船v 。