[发明专利]一种磁流体推进器

说明书

本发明提供了一种磁流体推进器，该磁流体推进器包括超导线圈、电极、海水通道。所述超导线圈位于海水通道外部，能够在海水通道内建立磁场。所述电极包括正电极和负电极，设置在海水通道内部，为海水导电提供电流。所述海水通道，与海水接触的内壁面，采用带微槽的仿生鲨鱼皮结构。该结构改善海水流经它的浊流边界层的流体结构和流体动态，具有更好的减阻效果。所述电极的正负电极与海水的接触面为仿生鲨鱼皮结构；所述电极仿生鲨鱼皮结构由金属导电材料制成；设置电极仿生鲨鱼皮结构，电极的表面积增加，电极导电性能提高，海水受到磁场力相应增加，磁流体推进力加大，船舶运动速度加快。

技术领域：

本发明涉及一种推进器，尤其是涉及到将工程仿生技术应用在推进器领域。

背景技术：

传统的船舶行进采用螺旋桨机械推进方式，它存在效率低噪音高的问题，因此，人们一直寻找一种新型有效的替代技术。近几十年来，随着电学、电磁学、超导材料学的发展以及现代控制技术的成熟，作为一种新型船舶舰艇推进技术----磁流体推进技术应运而生。

磁流体推进器是在贯通海水的通道内建有一个磁场，这个磁场能对导电的海水产生电磁力，使海水在通道内流动。若运动方向指向船艉，其反作用力推动船舶前进。与机械传动类推进器相比，磁流体推进器具有以下优点：一是磁流体推进没有螺旋桨、齿轮传动机构、轴泵等机械传动结构，消除了这些传动机构产生的震动和噪音，船舶在安静状态下行驶；二是磁流体推进器克服了传动机械的功率限值和螺旋桨高速旋转所产生的空泡，能够提高设备的功率；三是磁流体推进器与船舶的其它装置没有刚性连接，可以集中或者分散安装在舱室内的任何一个位置；四是磁流体推进的可操作性良好，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，通常通过调节电压的大小控制船舶的推进速度。据理论计算其航速可达机械转动类推进器不可能实现的150节。

超导电磁流体推进是把电能直接转换成流体动能，以喷射推进取代传统螺旋桨推进，具有低噪音和安全性等特点。中科院研制了超导螺旋式电磁流体推进实验船，建成了用于磁流体推进器水动力学研究的海水循环试验装置和用于试验船综合性能研究的航试水池。目前，许多研究机构都研制了多种形式的磁流体推进器。

1936年英国生物学家James Gray计算发现，当海豚以平均20节泳速游动时，其理论作功能耗是实际摄食能量的7倍，这引发了科学界对海洋大型快速游泳动物减阻仿生学的研究。

鲨鱼在漫长的进化中获得了优异的减阻能力。鲨鱼体表覆盖着一层独特的盾鳞。盾鳞是包括鲨鱼在内的一些软骨鱼类所特有的鳞片，也是现生鱼类中最原始的一种鱼鳞。盾鳞与牙齿在进化上同源，具有相似的组织结构，其最外层为珐琅质，中间层是象牙质，中央是髓腔。盾鳞的这种刚性组织结构有利于对其进行结构仿生研究。深入研究表明，鲨鱼体表的盾鳞沟槽结构具有良好的减阻效果，其几何尺寸为减阻结构仿生制造的重要参数。盾鳞结构能够优化鲨鱼体表边界层的流体结构，能有效减小水阻，从而降低能量依赖度，获得极高的速度。Walsh等的流体动力学试验表明：在高速流体流动状况下，盾鳞肋条结构表面的减阻效果达到8％。

船舶在使用一定年限后，在船舶的水下部分会附着海洋生物。这种生物污损会对海洋船舶等造成非常严重的影响，例如：一是增加航行阻力，降低航行速度，增加燃油消耗；二是影响船舶的使用性能，如阻塞管道、干扰声纳信号；三是增加维护修理费用，带来巨大经济损失。然而，鲨鱼终年生活在海水中，其皮肤表面不附着任何海洋生物，并且捕食时的行进速度非常快。研究发现，鲨鱼的表面盾鳞结构具有阻止海洋生物附着或者使海洋生物更容易脱落的作用。

因此,通过仿生的方法,利用物理化学手段模拟这些表层结构制得的涂层,已在相关领域取得成功,应用于海水防污系统具有很大潜力。仿生鲨鱼皮制备技术，制备的鲨鱼皮盾鳞三维模型能较好地再现盾鳞形貌，已经获得突破并在多个领域获得应用，为减阻、防垢结构的仿生制造奠定了基础。