КОРАБЛИ БЕЗ ВИНТА
Сверхпроводники могут оказать большую услугу не только наземному транспорту, но и подводным кораблям. При стесненных габаритах и ограниченном водоизмещении на корабле можно установить легкие, компактные и в то же время мощные генераторы и двигатели.
Но усовершенствование судовых электроустановок не устраняет недостатков двигателя с гребным винтом, который не может обеспечить большую скорость хода и вызывает большой шум. Здесь весьма перспективен магнитогидродинамический двигатель — МГД-двигатель.
Мы знаем, как работает МГД-генератор: если пропустить через МГД-канал рабочее тело (например, низкотемпературную плазму), то под воздействием магнитного поля оно будет отклоняться к электродам. Но известно, что электрические машины, как правило, обратимы. Следовательно, МГД-установка может превращать кинетическую энергию плазмы в электрическую или же, напротив, ускорять плазму с помощью магнитных сил за счет потребления энергии извне. В этом случае это уже ускоритель, или инжектор плазмы. Такой плазменный ускоритель, по существу, аналогичен обычному электродвигателю, в котором роль якоря играет текущая плазма.
А теперь представьте себе трубу, заполненную электропроводящей жидкостью. Если пропустить через нее электрический ток, то под воздействием магнитного поля жидкость будет выбрасываться из канала. Так работает МГД-двигатель. В нем морская вода (рабочее тело) ускоряется электромагнитными силами в результате взаимодействия пропускаемого через воду тока с магнитным полем.
Рис. 6.13.1
Вот один из проектов реактивной подводной лодки с МГД-двигателем. Проточная часть двигателя выполняется в виде кольцевого канала, расположенного между внешним и внутренним корпусами лодки, которые одновременно являются и магнитопроводами двигателя (рис. 6.13.1). Трехфазный ток, проходящий через обмотки, порождает магнитное поле, бегущее от носа лодки к корме. В морской воде в канале индуцируются токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем приводит к появлению в воде магнитной силы, направление которой совпадает с направлением движения поля. И лодка ведет себя подобно кальмару — она как бы отталкивается от воды, приходя таким образом в движение. По расчетам подобный двигатель может обеспечить лодке скорость хода до 90 км/ч.
Наряду с описанным индукционном двигателем разрабатывается и двигатель кондукционного типа. В этом случае лодка также состоит из внешнего и внутреннего корпусов, между которыми располагаются стерженевые магниты, создающие в канале магнитное поле. Внешний и внутренний корпуса, изолированные при помощи прокладок, представляют собой электроды, на которые подается напряжение таким образом, что ток через морскую воду идет в радиальном направлении. Взаимодействие магнитного поля с током приводит к появлению в морской воде сил, обусловливающих тягу двигателя. Скорость хода судна с таким двигателем может достичь 70 км/ч.
Применение МГД-двигателя на кораблях сулит многие преимущества. Это и повышение скорости, и понижение уровня шумов, вибрации. Однако при использовании традиционных магнитов МГД-двигатель окажется малоэффективным: КПД его мал из-за низкой электропроводности морской воды и недостаточной величины магнитной индукции. При использовании же электромагнитов возникают большие потери в обмотках. Лишь применение сверхпроводящих магнитных систем, обеспечивающих сильные магнитные поля, сделает реальным идею МГД-двигателя — бесшумного, компактного, без вращающихся частей.
И в заключение несколько слов о космических «профессиях» сверхпроводящих магнитов. Сильные магнитные поля сверхмагнитов могут быть использованы для экранирования космических кораблей от проникающей радиации. Хорошо известно, что в космосе имеются области повышенной радиации. Всех нас защищает от радиации магнитное поле Земли. Оно искривляет траектории заряженных частиц и не позволяет многим из них достигнуть поверхности Земли. Но если космонавт совершает полет на борту космического корабля, то он может оказаться в зоне повышенной радиации, например, при прохождении так называемых радиационных поясов. Ясно, что для безопасности полета космический корабль необходимо по примеру Земли окружить магнитным полем. Но в космос громоздкие и прожорливые электромагниты не возьмешь — на корабле должна находиться компактная сверхпроводящая магнитная система, создающая надежную магнитную защиту.
В космических аппаратах и на автоматических межпланетных станциях найдут себе применение и плазменные двигатели — своеобразные плазменные пушки, из которых можно выстреливать сгустки плазмы со скоростью более 100 км/с. Это в 100 раз быстрее пули и в 10 раз быстрее космической ракеты. Конечно, заставить взлететь с Земли космическую ракету такие двигатели вряд ли смогут: слишком уж мала их тяга. Но взлет — только первая, самая начальная и короткая фаза обычного космического полета. Когда ракета выходит из сферы действия сильных гравитационных полей, даже ничтожно малая сила способна вызвать ускорение. В этих условиях плазменный двигатель сможет сослужить не одну хорошую службу.
superconductivity-superfluidity.nethouse.ru
МГД-машина, служащая для увеличения кинетической и потенциальной энергии рабочей среды
Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014.
мгд-насос — мгд насос; электромагнитный насос МГД двигатель, служащий для увеличения в основном потенциальной энергии несжимаемой рабочей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
мгд-движитель — МГД двигатель, установленный на транспортном объекте и служащий для его перемещения … Политехнический терминологический толковый словарь
мгд-компрессор — МГД двигатель, служащий для увеличения в основном потенциальной энергии сжимаемой рабочей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
мгд-ускоритель — МГД двигатель, служащий для увеличения в основном кинетической энергии рабочей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
МГД — магнитная гидродинамика; магнитогидродинамика; магнитогидродинамический; Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. МГД Международный год добровольцев МГД НПЦ МГД Научно производственный… … Словарь сокращений и аббревиатур
Электрический ракетный двигатель сильноточный — Электромагнитный ракетный двигатель, плазменный ракетный двигатель, ЭРД электрический ракетный двигатель, создающий тягу за счёт разгона в электромагнитном поле рабочего тела, превращённого в плазму. Принципы работы ЭРД состоит из двух основных… … Википедия
Линейный двигатель — Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор ряд индукционных катушек, на переднем плане подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит … Википедия
Двухтактный двигатель — … Википедия
электромагнитный насос — мгд насос; электромагнитный насос МГД двигатель, служащий для увеличения в основном потенциальной энергии несжимаемой рабочей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
Теплоэнергетика — I Теплоэнергетика отрасль теплотехники (См. Теплотехника), занимающаяся преобразованием теплоты в др. виды энергии, главным образом в механическую и электрическую. Для генерирования механической энергии за счёт теплоты служат теплосиловые … Большая советская энциклопедия
technical_terminology.academic.ru
|
Это очень простой , но все-таки электродвигатель. Многие конечно знают что такое магнитогидродинамический двигатель(МГД). Суть его в том , что при протекании постоянного электрического тока через проводник , расположенный поперек силовых линий магнитного поля , на этот проводник действует сила (Лоренца) , направление которой определяется по правилу левой руки и пр. Таким образом работают насосы для расплавленного металла в металлургии а также довольно экзотические двигатели для судов. Работа такого двигателя (или генератора - ведь это обратимая машина) ясна из рисунка:
Я предлагаю совсем немногое : свернуть МГД в кольцо. Получается очень простая конструкция , приведенная ниже и собранная из первых попавшихся под руку материалов.
Любой желающий тоже может изготовить такой двигатель за несколько минут. Материалы мной использованные: пол-литровая стеклянная банка , полиэтиленовая крышка , гвоздь , кусок жести свернутый в кольцо, магнит от динамика , диод КД202 , кусок провода , немного воды. При включении конструкции в сеть 220 вольт , ток течет через воду между гвоздем и кольцом , всегда перпендикулярно пересекая силовые линии магнита , лежащего под банкой и вода (плохой , но все-таки проводник) начинает медленно вращаться. Для получения более заметного эффекта воду надо просто посолить. Правда при этом уже сильно заметна реакция диссоциации и оседание всякой гадости на электродах . Но все это работает и по сути дела является настоящим двигателем , ротором которого в данном случае является соленая вода. Чтобы не связываться с промышленной сетью - можно питать устройство и от обычной батареи(я использовал в другом варианте аккумуляторную батарею 12 вольт - конструкция на мой взгляд вполне достойная для демонстрации на уроках физики в школе). Практической пользы из данной конструкции вроде бы никакой , но пока не будем торопиться. Пригодится на следующих страничках . Например в качестве энергетической ячейки платформы Гребенникова , только в качестве ротора используется воздух , и напряжение для пуска необходимо в несколько десятков киловольт:
Кстати магнит в конструкции совершенно необязателен. А что если такие ячейки расположить как на шахматной доске и допустить , что они вращаются в разные стороны ("белые" клетки в одну сторону, "черные" в другую)? Тогда соседние мини-вихри будут "помогать" друг другу ! Осталось перевернуть конструкцию - и ...полетели?
|
evg-ars.narod.ru
| страница 1 ПРЯМОТОЧНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МГД-ДВИГАТЕЛЬ В предыдущей статье «Новые космические двигатели третьего тысячелетия» http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/hotnews/index.shtml?pod_2004.html нами был рассмотрен новый тип реактивных двигателей, работающих на кинетической энергии космического аппарата (или захваченного потока вещества, в зависимости от выбора системы координат). Принцип действия предложенного типа двигателей основан на захвате и торможении встречного потока вещества. Захваченное вещество обладает огромной кинетической энергией, часть которой можно преобразовать в теплоту или электрический ток, и использовать для ускорения бортовых запасов реактивной массы. При определенных условиях реактивная сила тяги превышает силу торможения, и космический аппарат увеличивает скорость полета. Масса, импульс и кинетическая энергия космического аппарата при этом уменьшаются (в соответствии с законами сохранения).
2 – массозаборник. 3 – МГД-движитель. 4 – сквозная труба. 5 – МГД-генератор. 6 – реактивное сопло. На рис. 2 изображено расположение потоков плазмы внутри двигателя (в момент включения МГД-генератора и МГД-движителя). В результате захвата продуктов взрыва внутри двигателя формируются два потока плазмы. Медленный поток (7) обозначен короткими стрелками. Быстрый поток (8) обозначен длинными стрелками. Быстрый поток (8) проходит через канал МГД-генератора, вырабатывая электрический ток. Полученный электрический ток приводит в действие МГД-движитель. Медленный поток (7) проходит через канал МГД-движителя. Скорость всей плазмы приводится к одинаковому значению. Рисунок 2 7 – медленный поток плазмы (короткие стрелки) 8 – быстрый поток плазмы (длинные стрелки) На рис. 3 изображено расположение потоков плазмы, приведенных к одинаковой скорости, после завершения рабочего импульса МГД-двигателя. Видно, что поток плазмы (9) проходит через канал МГД-генератора, который к этому моменту уже выключен, и не воздействует на поток плазмы (9). При скорости космического аппарата 60 км/с, и длине сквозной трубы 20 м, продолжительность рабочего импульса составит ~ 150 микросекунд. Рисунок 3
9, 10 – потоки плазмы, приведенные к одинаковой скорости, после завершения работы МГД-двигателя (стрелки средней длины) Сделаем приближенный расчет величины полученного тягового импульса. Скорость космического аппарата равна V. Масса продуктов взрыва равна m. Скорость расширения продуктов взрыва равна u. Поток плазмы (7) имеет скорость V – u. Поток плазмы (8) имеет скорость V + u. Эти два потока плазмы имеют примерно равную массу, а их скорость нужно привести к одинаковому значению, приведенной скорости u' V + u > u' > V - u (1) Поток плазмы (8) теряет часть кинетической энергии ΔE' ΔE' = m[(V + u)² - u'²]/4 (2) Поток плазмы (7) получает часть кинетической энергии ΔE'' ΔE'' = m[u'² - (V - u)²]/4 (3) Коэффициент полезного действия прямоточного импульсного МГД-двигателя k равен k = ΔE''/ΔE' (4) Используя (2, 3, 4) запишем u'²(1 + k) = k(V + u)² + (V - u)² (5) Скорость потока плазмы (7) увеличилась на величину u' - (V - u). Скорость потока плазмы (8) уменьшилась на величину (V + u) - u'. Таким образом, изменение импульса Δp составит Δp = m[u' - (V - u) - (V + u) + u' ]/2 (6) Перепишем (6) в виде Δp = m[u' - V] (7) Используя (7) запишем выражение для эффективной скорости истечения u(эф.) u(эф.) = u' - V (6) Важным показателем эффективности работы реактивных двигателей является удельная тяга (отношение создаваемой тяги к расходу рабочего тела). В нашем случае, массовым расходом рабочего тела можно считать расход массы взрывных устройств. С учетом этого, удельная тяга P(уд.) запишется в виде P(уд.) = u(эф.)/(9,81 м/с²) (8) Предположим, скорость космического аппарата V = 60 км/с, скорость расширения продуктов взрыва u = 50 км/с. КПД прямоточного импульсного МГД-двигателя k = 0,8. Используя (5) получаем значение приведенной скорости u' u' = 73,7 км/с Используя (6, 8) получим значение удельной тяги P(уд.) P(уд.) = 1400 с Скорость движения продуктов взрыва мы приняли равной 50 км/с (что соответствует удельной теплоте взрыва 1250 МДж/кг). Предположим, космический аппарат разгоняется ракетным двигателем, работающим на ядерном топливе с аналогичной удельной теплотой сгорания 1250 МДж/кг. При КПД k = 0,8 удельная тяга такого ядерного двигателя составит 4560 с. Согласно формуле Циолковского, при разгоне от 0 км/с до 60 км/с, из первоначальных 1 кг массы, остается всего 0,26 кг массы. С учетом этого, дальнейший разгон космического аппарата до скорости выше 60 км/с ядерным ракетным двигателем, эквивалентен применению прямоточного импульсного МГД-двигателя с удельной тягой 1185 с (4560 с * 0,26 кг/1 кг). Расчетная удельная тяга МГД-двигателя составляет 1400 с, следовательно, его применение в данном случае представляется более выгодным. Согласно (5, 8) предельное значение удельной тяги в рассматриваемом режиме разгона, достигается в случае V → u. При скорости движения продуктов взрыва u = 50 км/с и КПД прямоточного импульсного МГД-двигателя k = 0.8, максимальная удельная тяга равна P(уд.) = 2040 с Таким образом, можно сделать следующие выводы. Формирование встречных потоков плазмы в космическом пространстве, может осуществляться при помощи химических, ядерных или термоядерных взрывных устройств. При скорости космического аппарата, превышающей скорость движения продуктов взрыва (V > u), необходимо производить взрывы непосредственно перед космическим аппаратом. Полученные потоки плазмы, используются для разгона, при помощи прямоточного импульсного МГД-двигателя. Применение прямоточного импульсного МГД-двигателя, в этих условиях, является одним из наиболее выгодных и эффективных вариантов разгона космического аппарата. Далее коротко остановимся на работе прямоточного импульсного МГД-двигателя при полете космического аппарата со скоростью, которая меньше скорости движения продуктов взрыва. В этом случае, взрыв непосредственно перед космическим аппаратом приводит к значительным потерям плазмы. Поэтому, подрыв взрывных устройств целесообразно осуществлять либо внутри двигателя космического аппарата, либо позади космического аппарата. При взрыве внутри сквозной трубы (на участке между МГД-движителем и МГД-генератором), прямоточный импульсный МГД-двигатель работает в рассмотренном выше режиме, создавая тягу путем приведения скорости всей плазмы внутри двигателя к одинаковому значению. При подрыве взрывного устройства позади космического аппарата (либо внутри реактивного сопла), задействуется лишь МГД-генератор, для предотвращения выхода плазмы через канал сквозной трубы двигателя. В этих режимах ожидаемая эффективность прямоточного импульсного МГД-двигателя еще выше (чем в рассмотренном в данной статье основном варианте разгона, когда скорость полета космического аппарата, превышает скорость движения продуктов взрыва).Валентин Подвысоцкий, [email protected]страница 1
|
www.zaeto.ru
1 – взрывное устройство. 
