船舶磁流体推进技术的实际应用

也 随 之 改变 。这样 就 可 以利用 调 节 电 流大 小 的 方 法
振 动小 、噪声低 、操纵灵 活 、布 置方便 等特点 。 １９ 来 控 制船 的速 度 ，利 用 改 变 电极 的极性 来 操 纵 船 的 ９２ 年 世界 第 一艘超 导 磁流 体推 进船 “ 和一 １ 大 ”号 的试 方 向。
Ｉ ｏｐｍ ｅ ｎｔ
船舶磁流体推进技术 的实 际应用
陈 颖
（ 海军驻上海７ １ １所军事代表室 ，上海 ２ １０ ） ０ ８ １
摘 要 ：船舶磁流体推进是一种新型推进方式，许多国家对此技术进行详细研 究。本文简单介绍此项技 术 的基本工作原理和特点，详细阐述现阶段各 国研 究方 向和工程应用事例。虽然磁流体推进技术 目前 尚处 在初级阶段，但随着许多关键技术的深入研 究和突破， 已 使人们看到 了希望。 关键词 ：船舶；超导磁体；磁流体推进流和磁 场 间的相互 作
用 力 使海 水 运动 而 产生 的一种 推进 方 法 。具 体说 ， 磁 流体 推进 是把 海水 作为 导 电体， 用磁 体在 通道 内建 利
立磁场 ， 通过 电极 向海水 供 电， 时载流海水 就会 在与 此
图１ 通 电海 水在电磁 力的作用下运动
苏联 的研究 工作 起 步较早 ，投资也 很大 ，但 目前 还停
它们是 美 国海军水 下 系统 中心 ，戴 维 ・ 勒舰 船研究 留在实 验室 中 。高温物理 所负责 磁体 的研 究 ，研 制 的 泰 大 ”号 的偶 极 发 展 中心 ，阿贡（ ｒｏ ｎ ） Ａ ｇｎ ｅ国家试 验室 ，阿夫 可（ Ｖ Ｏ 螺管 磁体 螺 旋通 道 不 同于 日本 “ 和一 １ Ａ Ｃ）
２ １ 国外磁 流体技 术研 究现状 ．
开 展超 导磁 流体 推进 研究 较广 泛 的 国家 主要 有美 泛关 注 ，但存 在 的主要 问题是推 进效率太 低及试 航 中
国 、 日本 、前苏联 。其 中美 国和前苏 联注 重于 理论和 的失超 。 ．． 实 验研 究及 军用舰 船 ，如潜艇 的概念 设计 ，而 日本则 ２１３ 前 苏联及 俄 罗斯磁 流体 推进 研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ＨＤ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｒ ｐ ｌｉｎ ａ ｄ ｍａ ｙ ｃ ｕ ｔ ｅ ｅ ｏ ｅｔ ｅ ｅ ｖ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｃ ． ｈ ｓ ｒｉ ｌ ｓｒ ｃ ： ｉ ａｎ ｗ ｔ ｏ ｆ ｏ ｕ ｓ ｎ ｎ ｏ ｎ ｒ ｓｄ ｖ ｔ ｍｓ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ Ｔ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｏ ｉ ｈ ｔ ｅ ｔ ｃ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｅ ｂ ｓｃ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｄ ｓ ｒｂ ｓｔ ｅ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｒ ｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ａ ｉ ｒ ｉ ｌ ｓａ ｄ ｆ ａ ｕ ｅ ｆｔ ｓｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｅ ｃ ｉ ｅ ｉｅ ｔ ｆｔ ｅ ａ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｈ ｎ ｈ ｈ ｏ ｈ
形成 的空泡 ， 因而可 以大大提 高设备 的功率 。
超 导磁流体 推进试 验船 ，由于 日本所研 制 的超 导磁流
３）布 置方便 。磁 流体 推进 器装 置 中各部 件， 发 体推 进器 主要是 针对实船 应用 的 ，在模 型试验 的基础 如 电 机 、推进 器 、辅 助 及 控 制 等设 备 之 间没 有 刚 性 连 上 ，六年 的研制 过程 中解 决 了众 多 的实 用化 问题 ，如 接 ， 可 以集 中或 分 散安 装在 舱 室 内任 何一 个位 置 ， 它 布 超导磁 体 的绕制及 重量减 轻 ；推 进器 的整体构 型及与
置方便 。 ４）操纵 性 好 。 磁流 体 推进 易于 实 现 由驾 驶 人员
船体 的配合 安装 ；低温容 器 的效 率及轻量 化 ；电极材 料及 电解气 泡等 等 。由于研究 的需要 ， 日本 “ 导磁 超
在 驾驶 室 中通过控 制推 进器 的输入 电压或 电流对 船舶 流体推 进船 发展 和开发委 员会 ”分为两部 分 ：一 部分 进 行操 纵， 通常通 过调节 电压（ 电流）的大小来控 制船舶 从事船 舶流体 力学 性能方 面 的研 究 ，包括 模型试 验 、 的推 力及 速度 ； 过 改变 电压 的极性 ， 通 即电流 的方 向， 来 船体设计和效率估算等 ；另一部分从事电磁设备的研
２１２ 日本 磁流 体推 进研 究 ．．
研究 。 Ｅ本亦是 世界 上研制 成第 一艘超 导磁 流体推 进 ｔ
达到 １ ｎ ５ｋ 以上 。
． 日本 的神 户商 船大 学最 早进 行超 导磁 流体 推进 的 ２２ 船 舶磁流 体推进 技术在 工程上 的应 用
“ 大和 一ｌ ”号 于 １９ 年 １ ２ ９ ２ 月 ７日在 神户 下水 ，并 在 “ 三菱 重工 ”的专用 码头 系泊 ，此 处的基 础设施便
Ｄｅ ｇｎ ＆ Ｄｅｖ ｏｐ ｅｎｔ ｓｉ ｅｌ ｍ
圜出疆 ｌ
推进 器小， 使得 船舶几乎 在安静 的状 态下航行 。
开 发 委员 会 ” ，组 成 了 由船 舶 和超 导 、 电磁两 方 面
２）高效 。磁 流 体推 进器 是 一个 静 止设 备 ， 既 克 的研 究 工作 者 和厂 家 的小组 。总投 资约 ５ 日元 ，历 它 亿 服 了转 动机 械 的功 率 限制 ， 克服 了螺 旋桨 高 速转 动 时６ ，１ ９ 年下 水 的 “ 和一 １ 也 年 ９１ 大 ”号 是世界 上第一艘
据 俄罗斯 专 家介绍 ，若 采用 螺管磁 体 的磁流体 推
大 倍 出 了潜艇 上应 用 的环状式 结构将 具有 最高 的效率 ，并 进器 ，其 推 进效 率将 比 “ 和一 号 ”提 高８ ，即若 将 该超 导 ＭＨＤ 推进器 装 在 “ 大和一 １ ”号上 可使航 速 作 了全 面的试验 研究 ，得到许 多有 益 的结果 。
． 它相 垂直 的磁 场 中受 到 电磁 力 （ 磁力）的作用 ， 洛伦 其 １２ 磁 流体推进 器的特点 １ ）振 动 和噪 声小 。磁 流 体 推进 取 消 了螺旋 桨 推 受力 方 向按左 手定 则 确定 （ 图 １ 见 ）。海水 受力 时沿
电磁 力方 向运 动， 反作 用力 即推力推 进船 舶运 动 。 其
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｐ Ｍ ａ ｎ ｔ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｉ ｏ ｕ ｓｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｐ ｉ ｔ ｆＳ ｉ ｇ ｅ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃＰｒ ｐ ｌｉ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｃ ｏ
ＣＨＥＮ Ｙｉｇ ｎ
（ ｖ ｈ ｎ ｈ ｉ ｐ ｅｅ ｔｔ ｅＯ ｆ ｅｏ ７ １Ｉｓ ｔｔ，Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ Ｎａ ｙｉ Ｓ ａ ｇ ａ Ｒｅ ｒ ｓｎａｉ ｆ ｃ ｆ １ ｔ ｕｅ ｈ ｈ ｉ ０ １ ８） ｎ ｖ ｉ ｎｉ ｎ
公 司 。前 二 个 单 位 负 责研 究 超 导 磁 流 体 推 进 的 流体 磁体 ，有一定 的特色 。 前 苏联 已完成 了５ Ｗ超 导 磁流 体推 进样 机 的原 ０ｋ 动 力性 能 、结构形 式 ，适 用 于磁流体 推进 的潜艇 艇型
０ｋＷ的 ２ 及 其相关 的装 置 。阿贡 国家试 验室 负责磁 流体 推进模 理性研 究 ，包括 理论 和试验 ，并 开始研 制 １ ０ 推进 器 。１２ ０ｋ ０ Ｗ的实 物样 机 内径 为ｌ ｍ， 型 的试 验研究 ；阿夫可公 司研 制磁体 结构及 其超 导材 超导 ＭＨＤ
船舶磁 流体 推进 是近 三十年 出现 的一种新 型 的船 运 动的速度就快 ；反之 ， 电流小 ， 电磁力 小， 力 也小， 推 舶 推 进方 式 ， 它是 利用 海 水 中 的 电流与 磁场 间的相 互 船 运 动 的速度 也 慢 。 当电流 方 向改 变 时， 电极 的极 性 作 用 力使 海 水运 动 而产 生 的一 种 推进 方 法， 用 于船 也 改变 ， 可 电磁力 和 推力 的方 向也 改变 ， 舶运 动 的方 向 船 舶 等水 中装置 的推进 。船 舶磁流体 推进器 具有高 速 、
ｅ ｇ ｎ ｅ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｘａ ｌ ｓａ ｄ ｃ ｎ ｌ ｅ ａ ｌ ｏ ｇ ｅＭ ＨＤ ｅ ｈ ｏ ｏｇ ｓｓｉｌａ ｎｉ ａ ｔｇｅｔ ｅ ｉ — ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ｏ ｃｕｄ ｓｔ ｔａ ｔ ｕ ｈ ｔ ｉ ｈ ｈ ｈ ｔｃ ｎ ｌ ｙ ｉ ｔｌ ｔｔ ｉ ｔ ｌｓａ ｎ ｈｅ ｉ ｈ
操 纵船 舶 的运行方 向 。
究 ，包 括实 船磁体 的设计 、致冷 、低温容 器 、电器控 制等 。 总 的说来 ， 日本 的 “ 和一 １ 大 ”号 是成 功 的 ，证 实 了超 导磁 流体推 进船 的可行性 ，得到世 界 同行 的广
２ 船舶 磁流 体 推进 技 术研 究现 状及 工 程应 用
更 多注 重于实 船应用 和 民用 船舶 的概念设计 。
前 苏联从 事磁 流体 推进 的单 位有科 学 院高温 物理 所 、列 宁格勒 造船学 院和 克雷洛夫 研究 院等单位 。前
２ １１ 美 国磁 流体 推进 研究 ．．
美 国从 事 超 导ＭＨＤ 进研 究 的有４ 推 个研 究 单位 ，
航 成功 ， 着磁 流体 推进 研究 进入 了一 个新 阶段 ， 标志 目
前 许 多造 船 大 国纷 纷对 此技 术 进行 详 细研 究 ， 预测 并
此 种推进 方式将 是本世 纪最具发 展前景 的船舶推 进方
式 之一
力ｌ
１磁 流体 推进 的基本 原 理及特 点
１１ 基本 工作原 理 ．
ｄ ｐ ｔ ｄ ｎ ｒ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ｏ ａ ｙ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｓ ｒ ｓ ｅ ｏ ｓ ｕ ｕ ｅ ｅ ｔ ｓｕ ｙ ａ ｄ ｂ ｅ ｋ ｈ ｏ ｇ ｆ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓ ｈ ｍ ｅ ｗｉ ｉａｅ ｏ ｐ ｒ ｕ ｔ ｒ ． ｌｎ ｐ ｆ Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｓ ｉ ；Ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｐ ｕ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｇ ｅ ；Ｍ ＨＤ ｎ
进 使用 的螺 旋桨 、轴 系 和减速 齿轮箱 ， 消除 了 由这 些
其 在磁场 一定 的情 况下 ， 电流大 ， 电磁力 大， 力也大 ， 推 船 转 动 机构 引 起 的振 动和 噪 声， 辐射 噪 声也 比螺旋 桨
作者简 介 ：陈 颖 （ ９ ９ ）， 男， 工程 师， 从事船舶 机 电设备 监造、检验工 作 １７一 收稿 日期 ：２ １— ６ １ ０ １０ — ０
美 国在超 导 磁流 体推 进研究 中 ，对 超导 磁体 的结 地 提 高磁 场 强 度 ，同 时可 解 决 磁体 支 撑 内壁 的强 电 构 和舰 船上 安装磁 流体 推进器 的结构 型式进 行 了广泛 磁应 力 。
的研究 ，其 中大 型磁体 的磁 感应 强度 可达６ ８Ｔ ，提
． ． ０ Ｗ实物 样机 的 中心磁 料 技术 ，船舶 磁流 体推进 器 的概念设 计 。在阿 贡 国家 外径 为２１ｍ，长２２ｍ，１２ ０ｋ 特斯 拉 ，但后 因政局 变化 ，工作 中途 夭折 。另 外 试 验 室 建设 有 大型 的ＭＨＤ 进 器 的试 验 装 置 ，用 以 场７ 推 试 验测试 磁 流体推 进模 型的 电磁场特 性和 流体动 力特 为研 究 该 样 机 还建 立 了一 个 大 型 的试 验 室 。原 苏 联 的螺 管 磁 体 可 大 大 降低 磁 体 线 圈 的绕 制 难 度 ，有 效 性。