专利名称：一种超导磁流体船舶推进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶推进器，特别是涉及超导磁流体船舶推进装置。
背景技术：
超导磁流体船舶推进是一种新的船舶推进方式，它是将海水作为导电体，在外加电场和磁场的作用下，海水受到电磁力的作用，经过通道和尾喷管产生喷水推进。由于取消了常规的螺旋桨轴系及减速齿轮等机构，可以大大降低噪声和振动，有可能真正实现“安静”和高速的船舶推进。近十年来，随着超导技术的发展，超导磁流体船舶推进技术日益受到世界各国的关注，日本、美国、俄罗斯及我国均投入大量资金进行这方面的研究。至今世界上已研制成功了两艘磁流体推进试验船YAMATO-1和HEMS-1。前者是采用鞍型超导磁体和直线式磁流体推进通道，后者是超导螺管磁体和螺旋式磁流体推进通道；前者的优点是磁流体推进通道流阻损失小，缺点是鞍型超导磁体制造难度大，难以制造出很高场强的大型磁体；后者的优点是超导螺管磁体制造难度小，容易制成高场强的大型超导磁体，缺点是螺旋式磁流体推进通道内流体阻力损失大。它们的磁场强度分别是4T和5T，推进效率都比较低。为了使该项技术实用化，必须进一步提高推进效率。
理论分析，数值计算和试验的结果表明，提高推进效率需解决两个非常重要的技术问题一是制造出场强超过15T轻量化的超导磁体，二是大幅度减少磁流体推进通道内部的流体摩擦阻力损失。从目前的技术水平看来，要制造出场强大于15T的大型轻量化超导磁体还比较困难，因此如何解决大幅度减少磁流体推进通道内部的流体摩擦阻力损失的问题变得尤为重要。此外目前已有的磁流体推进器只能在导电流体(海水)中运行，在内陆河流不能运行，由于淡水几乎不导电没有了电磁流体推进的基本条件，因此，现有的超导磁流体推进器有一定的局限性。
发明内容
本发明提供一种可旋转式超导磁流体船舶推进器，大大减少现有海水磁流体船舶推进器内流动的摩擦阻力损失，大幅度提高推进器效率，而且不仅在海洋中，而且在内陆淡水中都能运行。
本发明可旋转式超导磁流体船舶推进器是基于超导旋转电机和磁流体船舶推进的原理，它主要包括超导螺管磁体和可旋转式磁流体推进通道。超导螺管磁体在其中心温孔工作区内产生沿轴向分布比较均匀的轴向磁场。可旋转式磁流体推进通道外形为圆形管道，由若干不同的功能段构成，其构成沿其轴向顺序依次是通道进口段、进口导流段、磁流体工作段、出口整流段和通道出口段。磁流体推进通道穿过超导螺管磁体温孔，同轴放置，而且可以绕轴旋转。在磁流体工作段圆形管道中央有一圆柱形金属电极，圆形管道金属外筒作为另一电极，在圆形管道外筒电极与中央圆柱形电极之间有绝缘材料制成的螺旋形导流片，从而把两电极之间的流道分隔成截面为矩形的螺旋形流道；绝缘导流片中沿长度方向上均布若干径向金属导电条及电流控制部件，这些电流控制部件的两端通过导电条分别与上述两电极连接，流过金属导电条的电流由其电流控制部件调控。
本发明磁流体船舶推进器工作时，其磁流体推进通道的中央圆柱形电极与圆形管道外筒电极分别为阳极和阴极，一般情况下，会有两部分电流从阳极流向阴极。一部分电流从阳极经过通道中的导电流体(海水)至阴极，另一部分电流从阳极经过金属导电条及其电流控制部件至阴极。当电流控制部件使金属导电条中的电流为零时，只有流经流体(海水)的电流存在，因此，流体(海水)的电导率对推进器性能影响起决定性的作用，此时推进器的工作状态与现有的磁流体船舶推进器相同，即通电海水在电磁力作用下，沿着螺旋形流道流动，整个磁流体推进通道是不旋转的。当导流片中金属导电条及电流控制部件中的电流为一定值时，由于电磁力作用于导流片，而使可旋转式磁流体推进通道绕中心轴旋转，调控导流片中金属导电条的电流，可以调节磁流体推进通道旋转的速度，以减少通道内流体与通道壁之间的相对速度。因为流动摩擦损失与流动速度的平方成正比，因此，可以大大地降低磁流体推进通道内流体的摩擦阻力损失，从而明显地提高了效率。当电流控制部件使金属导电条全导通时，几乎全部电流经金属导电条流过(金属电导率比海水大107倍)，此时推进器工作状态相当于超导旋转电机带动螺旋泵的喷水推进。此时通道内流体的电导率对推进器的性能影响已无足轻重，可以忽略不计。在此种工况下，本发明磁流体船舶推进器可以在内河的淡水条件下工作。装备本发明推进器的舰船可以有三种航行状态现有磁流体船舶推进(通道不旋转)，适于静音航行；通道旋转式的磁流体船舶推进适用于高效、高速航向；超导电机螺旋泵喷推进，在淡水区域航行。前两种适用于海洋，第三种适用于内河，因此，这种可旋转式超导磁流体船舶推进器有更高的效率和更广泛的用途。
图1为本发明实施例构成图，1为超导螺管磁体，2为可旋转式磁流体推进通道。
图2为本发明的通道结构示意图，3为通道进口段，4，5为电极正、负引电杆，6为进口导流段，7为磁流体工作段，8为中央圆柱形电极，9为螺旋形导流片，10为外筒电极，11为出口整流段，12为通道出口段。
图3为本发明螺旋形导流片内部结构和电极间电流示意图，13为截面为矩形的螺旋形流道，14为金属导电条与电流控制部件。
具体实施例方式
下面结合附图及其实施例详细说明本发明。
本发明具体实施例的构成如图1所示，它由超导螺管磁体1和可旋转磁流体推进通道2组成，超导螺管磁体温孔中磁场强度为5T，可旋转式磁流体推进通道2的结构如图2和图3所示，它由通道进口段3，进口导流器段6，磁流体工作段7，出口整流器段11和通道出口段12组成，4、5为电极正、负引电杆，8、10为中央圆柱形电极和外筒电极。磁流体工作段长0.35米，外筒电极直径为0.2米，中央圆柱形电极外径为0.06米，螺旋形导流片9将两电极间流动分隔为矩形截面的螺旋形流道13，螺旋形导流片9的螺旋角为23度，整体为绝缘材料，平均厚度10毫米，其中间沿导流片展开长度方向上均布着径向的金属导电条及其电流控制部件14。在本装置磁流体推进器的工作区内，超导螺管磁体5产生轴向磁场B，外加于磁流体推进通道电极8、10之间的电流有两条路径，一部分电流I1流经螺旋形流道13中的海水，一部分电流I2流经导流片的金属导电条及电流控制部件14。
由于本发明磁流体推进通道设计为可旋转的，而且通道内螺旋形导流片的金属导电条中的电流可调控，因此本发明可以有以下三种工作状态一是磁流体推进通道不旋转，金属导电条及其电流控制部件不导通，即通过的电流为零，两电极8、10间的电流只有I1流过螺旋形流道13中的海水，由于电磁作用，海水中产生圆周切向的电磁力F1，在导流片9引导下，海水沿螺旋形流道13流动，海水从通道进口3吸入，在通道出口12喷出，形成推力，其反作用力推动船舶前进。这种工作状态与现有的磁流体船舶推进器相同。第二种工作状态是让磁流体推进通道绕其轴旋转，金属导电条及其电流控制部件14部分导通，此时，8、10两电极之间的电流除流经流体(海水)的电流I1之外，还有金属导电条及其电流控制部件14的电流I2，I2电流方向与I1相同，由于I2与B的作用，在导流片9上产生圆周切向的力F2，磁流体推进通道2在F2作用下，绕其轴旋转，旋转方向与流体(海水)流动方向相同。调控电流I2，使磁流体推进通道2的转速接近流体(海水)流动的速度时，流体(海水)与壁面之间的相对速度显著减少，因此，流体(海水)与壁面的摩擦阻力损失将大大减少，计算结果表明，调控磁流体通道旋转的圆周速度Cc与海水速度Vc之比Cc/Vc等于0.8时，海水在磁流体推进通道2内流动的摩擦损失减少87％，从而磁流体船舶推进器效率提高2～3倍。第三种工作状态是完全导通金属导电条及其电流控制部件14，其电阻远远小于通道中流体的电阻，两电极8，10之间的电流几乎全部流过金属导电条及其电流控制部件14，此时，通过通道2中流体的电流I1几乎为零，因此流体中的电磁力F1几乎为零。磁流体推进通道在F2力的作用下，绕其轴旋转，磁流体推进通道内的螺旋形导流片9也随之旋转，从而推动磁流体推进通道2中的流体运动，把流体从通道进口1吸入，从通道出口12喷出。此时，推进器已转变为超导旋转电机带动螺旋泵的喷水推进，在内河区域这种磁流体船舶推进器也可以工作，也就是实现了“淡水”磁流体船舶推进。
以上三种工作状态特别适用于特种用途的船舶推进，具有重大的价值，比如，需隐身时，使用第一种工作状态，需高速前进时用第二种工作状态，当进入内河淡水区域时用第三种工作状态。
权利要求
1.一种超导磁流体船舶推进器，包括超导螺管磁体[1]和磁流体推进通道[2]，其特征在于磁流体推进通道[2]是可旋转的，在磁流体推进通道[2]的螺旋形导流片[9]中装有连通两电极的金属导电条及其电流控制部件[14]，从金属导电条及其电流控制部件[14]通过的电流与磁场的相互作用产生电磁力使磁流体推进通道旋转。
2.按照权利要求1所述的超导磁流体船舶推进器，其特征在于其磁流体推进通道的螺旋形导流片[9]由绝缘材料制成，装于其中的连接两电极的金属导电条及其电流控制部件[14]沿螺旋形导流片展开长度上均布，从径向方向连通两电极。
3.按照权利要求1和2所述的超导磁流体船舶推进器，其特征是通过螺旋形导流片中金属导电条的电流是由其电流控制部件调控的，金属导电条及其电流控制部件有三种工作状态，一是不导通，二是部分导通，三是全导通，处于第一种工作状态时，通过金属导电条的电流为零，磁流体推进通道不旋转；处于第二种工作状态时，通过金属导电条与磁流体推进通道中流体(海水)的电流有一定的比例，使磁流体推进通道旋转的速度与流体(海水)在通道中流速接近；处于第三种工作状态时，通过金属导电条的电流远远大于通过通道中流体(海水)的电流，通道靠此电流与磁场相互作用产生的电磁力旋转。
全文摘要
本发明涉及超导磁流体船舶推进装置。主要包括超导螺管磁体和可旋转的磁流体推进通道。超导螺管磁体在其中心温孔工作区内产生沿轴向分布比较均匀的轴向磁场。磁流体推进通道穿过超导螺管磁体温孔，同轴布置，可绕轴旋转。在磁流体工作段圆形管道中央有一圆柱形金属电极，圆形管道金属外筒作为另一电极，在圆形管道外筒电极与中央圆柱形电极之间有螺旋形导流片，螺旋形导流片中沿长度方向上均布若干径向金属导电条及电流控制部件，这些电流控制部件的两端通过导电条分别与上述两电极连接，流过金属导电条的电流由其电流控制部件调控。本发明可减少现有海水磁流体船舶推进器内流动的摩擦阻力损失，大幅度提高推进器效率，可运行于海洋及内陆淡水。
文档编号B63H21/00GK1629036SQ200310121370
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月16日 优先权日2003年12月16日
发明者周适, 沙次文, 彭燕, 郑毅, 凌金福, 赵凌志, 李然, 杨爱华 申请人:中国科学院电工研究所