專利名稱：一種超導磁流體船舶推進器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶推進器，特別是涉及超導磁流體船舶推進裝置。
背景技術(shù)：
超導磁流體船舶推進是一種新的船舶推進方式，它是將海水作為導電體，在外加電場和磁場的作用下，海水受到電磁力的作用，經(jīng)過通道和尾噴管產(chǎn)生噴水推進。由于取消了常規(guī)的螺旋槳軸系及減速齒輪等機構(gòu)，可以大大降低噪聲和振動，有可能真正實現(xiàn)“安靜”和高速的船舶推進。近十年來，隨著超導技術(shù)的發(fā)展，超導磁流體船舶推進技術(shù)日益受到世界各國的關(guān)注，日本、美國、俄羅斯及我國均投入大量資金進行這方面的研究。至今世界上已研制成功了兩艘磁流體推進試驗船YAMATO-1和HEMS-1。前者是采用鞍型超導磁體和直線式磁流體推進通道，后者是超導螺管磁體和螺旋式磁流體推進通道；前者的優(yōu)點是磁流體推進通道流阻損失小，缺點是鞍型超導磁體制造難度大，難以制造出很高場強的大型磁體；后者的優(yōu)點是超導螺管磁體制造難度小，容易制成高場強的大型超導磁體，缺點是螺旋式磁流體推進通道內(nèi)流體阻力損失大。它們的磁場強度分別是4T和5T，推進效率都比較低。為了使該項技術(shù)實用化，必須進一步提高推進效率。
理論分析，數(shù)值計算和試驗的結(jié)果表明，提高推進效率需解決兩個非常重要的技術(shù)問題一是制造出場強超過15T輕量化的超導磁體，二是大幅度減少磁流體推進通道內(nèi)部的流體摩擦阻力損失。從目前的技術(shù)水平看來，要制造出場強大于15T的大型輕量化超導磁體還比較困難，因此如何解決大幅度減少磁流體推進通道內(nèi)部的流體摩擦阻力損失的問題變得尤為重要。此外目前已有的磁流體推進器只能在導電流體(海水)中運行，在內(nèi)陸河流不能運行，由于淡水幾乎不導電沒有了電磁流體推進的基本條件，因此，現(xiàn)有的超導磁流體推進器有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可旋轉(zhuǎn)式超導磁流體船舶推進器，大大減少現(xiàn)有海水磁流體船舶推進器內(nèi)流動的摩擦阻力損失，大幅度提高推進器效率，而且不僅在海洋中，而且在內(nèi)陸淡水中都能運行。
本發(fā)明可旋轉(zhuǎn)式超導磁流體船舶推進器是基于超導旋轉(zhuǎn)電機和磁流體船舶推進的原理，它主要包括超導螺管磁體和可旋轉(zhuǎn)式磁流體推進通道。超導螺管磁體在其中心溫孔工作區(qū)內(nèi)產(chǎn)生沿軸向分布比較均勻的軸向磁場?？尚D(zhuǎn)式磁流體推進通道外形為圓形管道，由若干不同的功能段構(gòu)成，其構(gòu)成沿其軸向順序依次是通道進口段、進口導流段、磁流體工作段、出口整流段和通道出口段。磁流體推進通道穿過超導螺管磁體溫孔，同軸放置，而且可以繞軸旋轉(zhuǎn)。在磁流體工作段圓形管道中央有一圓柱形金屬電極，圓形管道金屬外筒作為另一電極，在圓形管道外筒電極與中央圓柱形電極之間有絕緣材料制成的螺旋形導流片，從而把兩電極之間的流道分隔成截面為矩形的螺旋形流道；絕緣導流片中沿長度方向上均布若干徑向金屬導電條及電流控制部件，這些電流控制部件的兩端通過導電條分別與上述兩電極連接，流過金屬導電條的電流由其電流控制部件調(diào)控。
本發(fā)明磁流體船舶推進器工作時，其磁流體推進通道的中央圓柱形電極與圓形管道外筒電極分別為陽極和陰極，一般情況下，會有兩部分電流從陽極流向陰極。一部分電流從陽極經(jīng)過通道中的導電流體(海水)至陰極，另一部分電流從陽極經(jīng)過金屬導電條及其電流控制部件至陰極。當電流控制部件使金屬導電條中的電流為零時，只有流經(jīng)流體(海水)的電流存在，因此，流體(海水)的電導率對推進器性能影響起決定性的作用，此時推進器的工作狀態(tài)與現(xiàn)有的磁流體船舶推進器相同，即通電海水在電磁力作用下，沿著螺旋形流道流動，整個磁流體推進通道是不旋轉(zhuǎn)的。當導流片中金屬導電條及電流控制部件中的電流為一定值時，由于電磁力作用于導流片，而使可旋轉(zhuǎn)式磁流體推進通道繞中心軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)控導流片中金屬導電條的電流，可以調(diào)節(jié)磁流體推進通道旋轉(zhuǎn)的速度，以減少通道內(nèi)流體與通道壁之間的相對速度。因為流動摩擦損失與流動速度的平方成正比，因此，可以大大地降低磁流體推進通道內(nèi)流體的摩擦阻力損失，從而明顯地提高了效率。當電流控制部件使金屬導電條全導通時，幾乎全部電流經(jīng)金屬導電條流過(金屬電導率比海水大107倍)，此時推進器工作狀態(tài)相當于超導旋轉(zhuǎn)電機帶動螺旋泵的噴水推進。此時通道內(nèi)流體的電導率對推進器的性能影響已無足輕重，可以忽略不計。在此種工況下，本發(fā)明磁流體船舶推進器可以在內(nèi)河的淡水條件下工作。裝備本發(fā)明推進器的艦船可以有三種航行狀態(tài)現(xiàn)有磁流體船舶推進(通道不旋轉(zhuǎn))，適于靜音航行；通道旋轉(zhuǎn)式的磁流體船舶推進適用于高效、高速航向；超導電機螺旋泵噴推進，在淡水區(qū)域航行。前兩種適用于海洋，第三種適用于內(nèi)河，因此，這種可旋轉(zhuǎn)式超導磁流體船舶推進器有更高的效率和更廣泛的用途。


圖1為本發(fā)明實施例構(gòu)成圖，1為超導螺管磁體，2為可旋轉(zhuǎn)式磁流體推進通道。
圖2為本發(fā)明的通道結(jié)構(gòu)示意圖，3為通道進口段，4，5為電極正、負引電桿，6為進口導流段，7為磁流體工作段，8為中央圓柱形電極，9為螺旋形導流片，10為外筒電極，11為出口整流段，12為通道出口段。
圖3為本發(fā)明螺旋形導流片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電極間電流示意圖，13為截面為矩形的螺旋形流道，14為金屬導電條與電流控制部件。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及其實施例詳細說明本發(fā)明。
本發(fā)明具體實施例的構(gòu)成如圖1所示，它由超導螺管磁體1和可旋轉(zhuǎn)磁流體推進通道2組成，超導螺管磁體溫孔中磁場強度為5T，可旋轉(zhuǎn)式磁流體推進通道2的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，它由通道進口段3，進口導流器段6，磁流體工作段7，出口整流器段11和通道出口段12組成，4、5為電極正、負引電桿，8、10為中央圓柱形電極和外筒電極。磁流體工作段長0.35米，外筒電極直徑為0.2米，中央圓柱形電極外徑為0.06米，螺旋形導流片9將兩電極間流動分隔為矩形截面的螺旋形流道13，螺旋形導流片9的螺旋角為23度，整體為絕緣材料，平均厚度10毫米，其中間沿導流片展開長度方向上均布著徑向的金屬導電條及其電流控制部件14。在本裝置磁流體推進器的工作區(qū)內(nèi)，超導螺管磁體5產(chǎn)生軸向磁場B，外加于磁流體推進通道電極8、10之間的電流有兩條路徑，一部分電流I1流經(jīng)螺旋形流道13中的海水，一部分電流I2流經(jīng)導流片的金屬導電條及電流控制部件14。
由于本發(fā)明磁流體推進通道設(shè)計為可旋轉(zhuǎn)的，而且通道內(nèi)螺旋形導流片的金屬導電條中的電流可調(diào)控，因此本發(fā)明可以有以下三種工作狀態(tài)一是磁流體推進通道不旋轉(zhuǎn)，金屬導電條及其電流控制部件不導通，即通過的電流為零，兩電極8、10間的電流只有I1流過螺旋形流道13中的海水，由于電磁作用，海水中產(chǎn)生圓周切向的電磁力F1，在導流片9引導下，海水沿螺旋形流道13流動，海水從通道進口3吸入，在通道出口12噴出，形成推力，其反作用力推動船舶前進。這種工作狀態(tài)與現(xiàn)有的磁流體船舶推進器相同。第二種工作狀態(tài)是讓磁流體推進通道繞其軸旋轉(zhuǎn)，金屬導電條及其電流控制部件14部分導通，此時，8、10兩電極之間的電流除流經(jīng)流體(海水)的電流I1之外，還有金屬導電條及其電流控制部件14的電流I2，I2電流方向與I1相同，由于I2與B的作用，在導流片9上產(chǎn)生圓周切向的力F2，磁流體推進通道2在F2作用下，繞其軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與流體(海水)流動方向相同。調(diào)控電流I2，使磁流體推進通道2的轉(zhuǎn)速接近流體(海水)流動的速度時，流體(海水)與壁面之間的相對速度顯著減少，因此，流體(海水)與壁面的摩擦阻力損失將大大減少，計算結(jié)果表明，調(diào)控磁流體通道旋轉(zhuǎn)的圓周速度Cc與海水速度Vc之比Cc/Vc等于0.8時，海水在磁流體推進通道2內(nèi)流動的摩擦損失減少87％，從而磁流體船舶推進器效率提高2～3倍。第三種工作狀態(tài)是完全導通金屬導電條及其電流控制部件14，其電阻遠遠小于通道中流體的電阻，兩電極8，10之間的電流幾乎全部流過金屬導電條及其電流控制部件14，此時，通過通道2中流體的電流I1幾乎為零，因此流體中的電磁力F1幾乎為零。磁流體推進通道在F2力的作用下，繞其軸旋轉(zhuǎn)，磁流體推進通道內(nèi)的螺旋形導流片9也隨之旋轉(zhuǎn)，從而推動磁流體推進通道2中的流體運動，把流體從通道進口1吸入，從通道出口12噴出。此時，推進器已轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢D(zhuǎn)電機帶動螺旋泵的噴水推進，在內(nèi)河區(qū)域這種磁流體船舶推進器也可以工作，也就是實現(xiàn)了“淡水”磁流體船舶推進。
以上三種工作狀態(tài)特別適用于特種用途的船舶推進，具有重大的價值，比如，需隱身時，使用第一種工作狀態(tài)，需高速前進時用第二種工作狀態(tài)，當進入內(nèi)河淡水區(qū)域時用第三種工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種超導磁流體船舶推進器，包括超導螺管磁體[1]和磁流體推進通道[2]，其特征在于磁流體推進通道[2]是可旋轉(zhuǎn)的，在磁流體推進通道[2]的螺旋形導流片[9]中裝有連通兩電極的金屬導電條及其電流控制部件[14]，從金屬導電條及其電流控制部件[14]通過的電流與磁場的相互作用產(chǎn)生電磁力使磁流體推進通道旋轉(zhuǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的超導磁流體船舶推進器，其特征在于其磁流體推進通道的螺旋形導流片[9]由絕緣材料制成，裝于其中的連接兩電極的金屬導電條及其電流控制部件[14]沿螺旋形導流片展開長度上均布，從徑向方向連通兩電極。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的超導磁流體船舶推進器，其特征是通過螺旋形導流片中金屬導電條的電流是由其電流控制部件調(diào)控的，金屬導電條及其電流控制部件有三種工作狀態(tài)，一是不導通，二是部分導通，三是全導通，處于第一種工作狀態(tài)時，通過金屬導電條的電流為零，磁流體推進通道不旋轉(zhuǎn)；處于第二種工作狀態(tài)時，通過金屬導電條與磁流體推進通道中流體(海水)的電流有一定的比例，使磁流體推進通道旋轉(zhuǎn)的速度與流體(海水)在通道中流速接近；處于第三種工作狀態(tài)時，通過金屬導電條的電流遠遠大于通過通道中流體(海水)的電流，通道靠此電流與磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導磁流體船舶推進裝置。主要包括超導螺管磁體和可旋轉(zhuǎn)的磁流體推進通道。超導螺管磁體在其中心溫孔工作區(qū)內(nèi)產(chǎn)生沿軸向分布比較均勻的軸向磁場。磁流體推進通道穿過超導螺管磁體溫孔，同軸布置，可繞軸旋轉(zhuǎn)。在磁流體工作段圓形管道中央有一圓柱形金屬電極，圓形管道金屬外筒作為另一電極，在圓形管道外筒電極與中央圓柱形電極之間有螺旋形導流片，螺旋形導流片中沿長度方向上均布若干徑向金屬導電條及電流控制部件，這些電流控制部件的兩端通過導電條分別與上述兩電極連接，流過金屬導電條的電流由其電流控制部件調(diào)控。本發(fā)明可減少現(xiàn)有海水磁流體船舶推進器內(nèi)流動的摩擦阻力損失，大幅度提高推進器效率，可運行于海洋及內(nèi)陸淡水。
文檔編號B63H21/00GK1629036SQ200310121370
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者周適, 沙次文, 彭燕, 鄭毅, 凌金福, 趙凌志, 李然, 楊愛華 申請人:中國科學院電工研究所