专利名称：电磁力海船推进装置的制作方法
一技术领域造船工业背景技术：
(一)概述到目前位置，在造船工业中，船舶的推进装置绝大多数采用螺旋桨推进的方式。其中，有可变螺距的螺旋桨，也有固定螺距的螺旋桨。而在一些小型的高速船(如铝合金双体船)上，则多数采用喷水器(Water-jut)，个别铝合金高速船则采用了燃气轮机作为推进装置，例如使用为制造飞机而设计的涡轮发动机等。这些装置的弱点，要么是推进效率比较低，要么是造价比较昂贵，要么是结构复杂，燃油消耗巨大，噪音很大，维修保养很不方便(如涡轮喷气发动机和喷水器等)。为了提高推进效率，节省能源，减小噪音，降低造船成本，方便维修保养，这里发明了一种用电磁力直接作用的推进装置——电磁力海船推进装置。
(二)本装置的理论基础1)运动电荷在垂直于运动方向上受到的洛伦兹力众所周知，载流导线在磁场中要受到磁力的作用，这是因为导线中的电流来源自由电子的定向运动所形成的。所以我们假设，运动着的带电粒子在磁场中同样会受到洛伦兹力的作用。事实上，载流导体在磁场中作定向运动(如电动机的转动)的根本原因就是导体中的带电粒子除了在磁场中作定向运动之外，还不断地与导体中的宏观物质相互碰撞而把作用力传递给导体本身。——这就是载流导体在磁场中受力的微观本质。
2)载流导体在磁场中的受力分析与计算根据上面的分析，我们可以进一步地研究安培定律的意义。按照安培定律，载流导线上任意一电流元Idl在磁感应强度为 的磁场中所受到的外力df=BIdlsin(dl→·B→)---(1)]]>假设电流元的横界面为s，单位体积内有n个带有电荷e的粒子，且这些粒子定向运动的平均速度为 那么 的方向就是 的方向。而电流强度的定义为I＝neυs (2)将其代入安培定律后得出df=enυsBdlsin(υ→·B→)---(3)]]>这里的 是电荷定向运动方向和磁场强度的方向间的夹角。这个力就叫做“洛伦兹力”，
其方向垂直于矢量 和 所决定的平面。显然，当这一夹角等于90°时，上式可以写成df＝enυsBdl (4)在dl这一段导体内始终保持有dn＝nsdl个运动的带电粒子。如果我们认为这段载流导体所受到的磁场力就是磁场经由这些定向运动的带电粒子传递给导体的，则每一个运动着的带电粒子在磁场中受到的力应为f1=dfdn=eυBsin(υ→·B→)---(5)]]>这个力就叫做“洛伦兹力”。这里，无论粒子带的是正电荷还是负电荷，它们的指向关系都满足于“右手定则”。而洛伦兹力与电流的方向以及磁场方向之间的矢量关系可以用以下矢量方程表示f+→=eυ→×B→f-→=-eυ→×B→---(6)]]>这也就是说，上式所代表的受力方向取决于电荷本身的正负。由于洛伦兹力与带电粒子的运动方向垂直，所以这种力事实上并不对带电粒子做功，而只能改变粒子本身的运动路径。
(三)推进原理的实验证明设有一个环形容器，底部是绝缘材料制成的，而容器的外侧由金属导体制成，并在这个容器的中心安装一个柱形的同轴电极。然后在这个容器中注入液体的电解质(例如海水)。并分别把一个直流电源的正负极连接到容器的外壁和中心的柱形电极上。当两极之间加上直流电压时，电解液中的正负离子(如海水中的Na+和Cl-)就在电场力的作用下，分别地向相反的方向运动并靠近两极。比如说，中心的柱形电极连接到电池的正极，外侧的容器壁连接到电池的负极，那么Cl-离子就会从四面八方向中心运动，而Na+离子就会辐射状地向容器壁靠近。结果，通过这种电解质而形成了电流。
如果在这个容器的上下安放一对永久磁铁，让它的磁力线垂直地穿过容器中的电解质。那么，在洛伦兹力的作用下，运动的带电粒子就会改变它的运动方向。由关系式(5)证明，两种带有不同电荷的粒子的受力方向是完全相同的。所以容器中的电解液就会在洛伦兹力的作用下，绕着容器中心的柱形电极沿着相同的方向快速旋转(参见图1)。
三
发明内容
基于上述实验事实，我们可以把容器的底部去掉，而形成一个圆筒型的金属构件。同时用绝缘材料作为支架，把圆筒与中心的电极相对地固定。在圆筒的两端各安放一个永久磁铁，磁铁的南北两磁极相对，使磁力线的方向平行于圆筒的轴线。然后把这个装置水平的置于海水之中。须指出，这个永久磁铁一定要做成能够保证海水畅通无阻的由前面进入、而由后面流出。同时，在这个圆筒的侧壁安装上由适当厚度的绝缘材料制成的、具有一定宽度的、螺旋型形状的导流叶片(参见图2)。这样一来，当圆筒两极通上直流电以后，本来是绕着柱形电极高速旋转的电解液(海水)，在螺旋型导流叶片的作用下，将改变方向而旋转地向后流出。这种高速流出的水流，反作用于本装置之上，从而使其高速的向前运动。如果将这种装置固定在船艉底部或两侧的适当位置，就构成了一种新型的“海船推进装置”。如果把这种装置安装在鱼雷的内部并用蓄电池供电，就构成了一种新型鱼雷。
四
图1.电磁力推进装置工作原理示意图A柱状电极；B导电的圆筒；C直流电源；D导电的电解质(如海水)；E和FN极与S极相对的永久磁铁。
图2.电磁力推进装置内部结构示意图A高强度耐腐蚀且不导电的永久磁铁；B耐海腐蚀的导电(如不锈钢)圆筒；C耐腐蚀的圆柱形电极；D由绝缘材料制成的螺旋状导流叶片；E高强度绝缘材料注塑成型的壳体；F高速水流的喷嘴；G流线型的推进器外壳；J储压腔；K流线型导流罩；L海上漂浮物的过滤罩。
图3.永久磁铁的结构示意图A正视图；B俯视图；C侧视图；D海水的通道。
五具体实施方案用耐海水腐蚀的不锈钢分别作为外侧的圆筒电极和中心柱形电极。用高强度耐腐蚀的塑料作为固定两种电极的框架，并把螺旋状的导流叶片镶嵌在圆筒与中心电极之间。再用具有高磁场强度的永磁性材料制成带有“蜂窝煤状”孔洞的永久磁铁(参见图3)，以保证海水畅通无阻的由前面流入后面流出。永久磁铁要求用绝缘材料制成，或者要保证它与两个电极之间的绝缘。永久磁铁的磁场强度越高越好。两个磁铁的南极与北极相对地固定在圆筒两端的适当位置，并用一定厚度的软磁性材料连接两个磁铁的外端，以便两端的磁力线顺利的对接而构成回路。加速腔以后的部分，设计成一种储压式的喷射形状。
如果这种装置是安装在大型船只(或潜水艇)上，其直流电源可利用直流发电机组来提供。如果安装在鱼雷上，可直接用蓄电池供电。
这种装置作为海船的推进设备，通过调整直流供电系统的电压，就可以达到调节船舶航速的目的。如果将该装置全回转地固定在船艉底部或两侧的适当位置上，通过操控推进装置与船舶舯线的夹角就达到了操控船舶航向的目的。
这种推进装置不仅操控简单，而且取消了船舶的中间轴、推力轴、艉轴、舵设备以及操舵系统等大型构件与设备，从而大大降低了船舶造价。尤其是，这一装置本身具有结构简单、造价低廉、操控方便、推进效率高，没有噪音(这一点适合于潜艇)、维修保养方便等诸多优点。因此，无论是在民用上还是在军用上，都是较为理想的海上推进装置。
权利要求
1.使用本推进装置可取消船舶的中间轴、推力轴、艉轴、舵设备、操舵系统等重要部件和设备，从而使船舶造价大为降低。本装置结构简单、造价低廉、操控方便、没有噪音、机械效率高，因此可用于各种海上运输船只和军用鱼雷的推进器使用。
2.本装置安装在海船或潜艇上时，可用直流发电机组来供电，安装在鱼雷上时可用蓄电池供电。
3.通过调整直流供电系统的电压，就可以调节船舶的航速。
4.本装置可以全回转地固定在船艉的底部或两侧，操纵本装置与船体舯线的夹角，就达到了操控船舶航向的目的。
全文摘要
本发明要点是在螺旋状导流叶片的引导下，绕着柱型电极高速旋转的电解液(海水)而改变为旋转地向后流出。经过储压腔之后，水流将高速地向后喷射。高速水流的反作用力迫使船舶向前行驶。其中，导电的圆筒用耐海水腐蚀的不锈钢板做成，圆柱形的中心电极用不锈钢棒做成。用高强度的抗腐蚀塑料作为圆筒和圆柱型电极的固定支架，并镶嵌着螺旋状的导流叶片。把高磁场强度的永久磁铁做成“蜂窝煤状”，以确保水流的畅通无阻。永久磁铁的南北两个磁极相对的固定在圆筒两端的适当位置，并用软磁性材料从外侧把两端连接起来，磁力线构成回路。尾部设计成储压式喷嘴(参见图2)。装在船舶(包括潜艇)上时，用直流发电机组供电。装在鱼雷上，用蓄电池供电。
文档编号B63H21/00GK1836973SQ20051006000
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者夏烆光 申请人:夏烆光