Ｉｏｐｍｅｎｔ
船舶磁流体推进技术的实际应用
陈 颖
（海军驻上海７１１所军事代表室，上海２０１ １０８）
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
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＣＨＥＮＹｉｎｇ （Ｎａｖｙ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ７１１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１１０８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＨＤ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｙ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｄｅｖｏｔｅ ｔｈｅｍｓｅｌｖｅｓ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈａｔ ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ＭＨＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔａｇｅ ｔｈｅ ｉｎ— ｄｅｐｔｈ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｏｆ ｍａｎｙ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｉｌｌ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｐｒｏｓｐｅｒｏｕｓ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｉｐ；Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ；ＭＨＤ
船舶磁流体推进是近三十年出现的一种新型的船
舶推进方式，它是利用海水中的电流与磁场间的相互
作用力使海水运动而产生的一种推进方法，可用于船
舶等水中装置的推进。船舶磁流体推进器具有高速、
振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。１９９２
年世界第一艘超导磁流体推进船“大和一１”号的试
航成功，标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段，目
前许多造船大国纷纷对此技术进行详细研究，并预测
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
１磁流体推进的基本原理及特点
１．１基本工作原理 磁流体推进是利用海水中电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，利用磁体在通道内建
立磁场，通过电极向海水供电，此时载流海水就会在与
它相垂直的磁场中受到电磁力（洛伦磁力）的作用，其
受力方向按左手定则确定（见图１）。海水受力时沿
电磁力方向运动，其反作用力即推力推进船舶运动。
在磁场一定的情况下，电流大，电磁力大，推力也大，船 运动的速度就快；反之，电流小，电磁力小，推力也小，
船运动的速度也慢。当电流方向改变时，电极的极性
也改变，电磁力和推力的方向也改变，船舶运动的方向
也随之改变。这样就可以利用调节电流大小的方法
来控制船的速度，利用改变电极的极性来操纵船的
方向。
力ｌ
出
图１通电海水在电磁力的作用下运动 １．２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
进使用的螺旋桨、轴系和减速齿轮箱，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
作者简介：陈 颖（１９７９一），男，工程师，从事船舶机电设备监造、检验工作
收稿日期：２０１１
—０６—１０ 推进器小，使得船舶几乎在安静的状态下航行。 ２）高效。磁流体推进器是一个静止设备，它既克
服了转动机械的功率限制，也克服了螺旋桨高速转动
形成的空泡，因而可以大大提高设备的功率。
３）布置方便。磁流体推进器装置中各部件，如发
电机、推进器、辅助及控制等设备之间没有刚性连
接，它可以集中或分散安装在舱室内任何一个位置，布
置方便。
４）操纵性好。磁流体推进易于实现由驾驶人员
在驾驶室中通过控制推进器的输入电压或电流对船舶
进行操纵，通常通过调节电压（电流）的大小来控制船舶
的推力及速度；通过改变电压的极性，即电流的方向，来
操纵船舶的运行方向。
２船舶磁流体推进技术研究现状及工程应用
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
国、日本、前苏联。其中美国和前苏联注重于理论和 实验研究及军用舰船，如潜艇的概念设计，而日本则
更多注重于实船应用和民用船舶的概念设计。
２．１．１美国磁流体推进研究
美国从事超导ＭＨＤ推进研究的有４个研究单位，
它们是美国海军水下系统中心，戴维・泰勒舰船研究 发展中心，阿贡（Ａｒｇｏｎｎｅ）国家试验室，阿夫可（ＡＶＣＯ）
公司。前二个单位负责研究超导磁流体推进的流体
动力性能、结构形式，适用于磁流体推进的潜艇艇型
及其相关的装置。阿贡国家试验室负责磁流体推进模
型的试验研究；阿夫可公司研制磁体结构及其超导材
料技术，船舶磁流体推进器的概念设计。在阿贡国家
试验室建设有大型的ＭＨＤ推进器的试验装置，用以
试验测试磁流体推进模型的电磁场特性和流体动力特
性。 美国在超导磁流体推进研究中，对超导磁体的结
构和舰船上安装磁流体推进器的结构型式进行了广泛
的研究，其中大型磁体的磁感应强度可达６ ８ Ｔ，提
出了潜艇上应用的环状式结构将具有最高的效率，并
作了全面的试验研究，得到许多有益的结果。
２．１．２日本磁流体推进研究
日本的神户商船大学最早进行超导磁流体推进的
研究。Ｅｔ本亦是世界上研制成第一艘超导磁流体推进
船的国家，其研究目标是水面船舶。
Ｅｔ本于１９８５年成立了“超导磁流体推进船发展和 圜出疆ｌ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
开发委员会”，组成了由船舶和超导、电磁两方面
的研究工作者和厂家的小组。总投资约５亿日元，历
时６年，１９９１年下水的“大和一１”号是世界上第一艘 超导磁流体推进试验船，由于日本所研制的超导磁流
体推进器主要是针对实船应用的，在模型试验的基础
上，六年的研制过程中解决了众多的实用化问题，如 超导磁体的绕制及重量减轻；推进器的整体构型及与
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“超导磁
流体推进船发展和开发委员会”分为两部分：一部分
从事船舶流体力学性能方面的研究，包括模型试验、 船体设计和效率估算等；另一部分从事电磁设备的研
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“大和一１”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
泛关注，但存在的主要问题是推进效率太低及试航中 的失超。
２．１．３前苏联及俄罗斯磁流体推进研究
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
苏联的研究工作起步较早，投资也很大，但目前还停
留在实验室中。高温物理所负责磁体的研究，研制的 螺管磁体螺旋通道不同于日本“大和一１”号的偶极
磁体，有一定的特色。
前苏联已完成了５０ ｋＷ超导磁流体推进样机的原
理性研究，包括理论和试验，并开始研制１ ２００ ｋ Ｗ的
超导ＭＨＤ推进器。１ ２００ ｋＷ的实物样机内径为ｌ ｍ，
外径为２．１ ｍ，长２．２ ｍ，１ ２００ ｋＷ实物样机的中心磁
场７特斯拉，但后因政局变化，工作中途夭折。另外
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
地提高磁场强度，同时可解决磁体支撑内壁的强电 磁应力。
据俄罗斯专家介绍，若采用螺管磁体的磁流体推
进器，其推进效率将比“大和一号”提高８倍，即若
将该超导ＭＨＤ推进器装在“大和一１”号上可使航速
达到１５ ｋｎ以上。
２．２船舶磁流体推进技术在工程上的应用
“大和一ｌ”号于１９９２年１月２７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
于超导ＭＨＤ系统的运行（见图２，图３）。“大和一 圜跚 豳 Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
号”试验船主要参数：
总长３０ ｍ，宽１０．３９ ｍ，吃水２．６９ ｍ，排水量１８５
ｔ，设计航速８ ｋｎ，推进型式六连环线形，乘员１０名。
图２“大和一１”号等待下水（ａ）
～ 图３“大和一１”号等待下水（ｂ） ２＿２＿１船体型式与布局 “大和一１”号实验船是一艘单体、大宽度、
浅吃水船。船内由驾驶室、机舱室、配电室等舱室
组成。
２＿２－２超导磁流体推进装置
超导磁流体推进装置由超导磁体系统、电极和通
道组成，如图４所示。
交流发电机 Ｉ／ Ｌ 励磁电源装置 Ｉ Ｉ 钪器 ｌ船上制冷装置ｌ 陆上制冷装置卜 Ｈ卜＿＿］ ｆ 目 ０ Ｈ ｌ Ｉ． 庸
ＧＨｅ Ｈ回 ｅ缩机 １ ｌ Ｉ ＬＨｅ ｌ 【‘。。 一。 ’‘ ‘ ’ 。‘‘。。‘ ’ ｌ ｌ 一 【Ｅ （ ｌ 圈 ｂ Ｉ
图４“大和－－Ｉ”号磁流体推进装置框图 超导磁体系统；主要由超导磁体、低温容器和制
冷机等组成。
超导线圈安置在图中的装有液氦的低温容器内。
为了减轻低温容器的重量，除液氦容器及热辐射屏采
用不锈钢制作外，其他部件均采用铝材。磁体从室温
到低温是利用陆地设置的４．４ Ｋ时３００ Ｗ的氦制冷装置
供氦来实现的，但在船舶航行期间，利用船上设置的
液氦制冷装置来维持线圈超导状态时所需要的液氦。
液氦制冷机将压缩机输出的氦气液化后送到液氦
贮罐，液氦通过贮罐流入低温容器。制冷机的容量为 １０ ｗ，其温度可到４．４ Ｋ。为了减少液氦输送过程中
的冷损耗，液氦机直接安置在低温容器的上部，从而 形成一体化结构。
电极：电极和汇流条用螺钉连结在一起，汇流条
由镀钛铜制成。由于汇流条浸在海水中，为了防止电
化学腐蚀，在其表面上附加一层氟基树脂，于是汇流
条既具有低电阻和低能耗的特点，又具有重量轻和抗
腐蚀能力。
通道：通道是指由磁体和电极围成的空间。在电
磁力作用下，海水沿通道流动。
２＿２．３试验结果
海上试验时，大部分时间花费在把超导线圈从室
温冷却到４ Ｋ。通过往低温容器补充冷氦气，使线圈
均匀地冷却。当内部温度到达２０ Ｋ时，注入液氦，把
线圈从室温冷却到２０ Ｋ花费了２ｏ０小时。根据这个程
序，推进器在系泊状态下作了几次运行试验，并已证
实预定的性能是可以实现的。磁场密度Ｂ＝Ｉ Ｔ的“系
泊试验”于１９９２年２月８—１０日完成。在海试中可获得
预定的特性，在对船上制冷机作细小改进之后，下一 次的“系泊试验”在Ｂ＝２ Ｔ的条件下进行。
漏磁实验结果是：当推进器的磁场为２ Ｔ时，
机舱室上甲板上的漏磁场仅为１０—４ Ｔ，比地磁场
０．５×１０—４ Ｔ略大，这表明采用六连环线圈的磁体对减
少漏磁是有效的。至于操舵、旋回、振动、噪声、电
极的极性变换、倒船等试验结果均能满足技术要求。
３船舶磁流体推进关键技术展望
经过近３Ｏ年的研究，在超导磁流体推进的技术问
题上已取得了可喜的进展，为磁流体推进的应用产生
了转机，也为以后的研究指出了方向。
３．１超导磁体技术
目前超导磁体的型式主要有鞍型（下转第４３页）
