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摘要：船舶磁流体推进是一种新型推进方式，许多国家对此技术进行详细研究。本文简单介绍此项技术的基本工作原理和特点，详细阐述现阶段各国研究方向和工程应用事例。虽然磁流体推进技术目前尚处在初级阶段，但随着许多关键技术的深入研究和突破，已使人们看到了希望。
关键词：船舶；超导磁体；磁流体推进
Application of Ship Magnetohydrodynamic Propulsion Technology
CHEN Ying
( Navy in Shanghai Representative Office of 711 Institute,Shanghai 201108 )
Abstract: MHD is a new method of propulsion and many countries devote themselves to research it. This article introduces the basic principles and features of this technology, describes the direction of the related research and engineering application examples and concludes that although the MHD technology is still at the initial stage the in-depth study and breakthrough of many key technologies will indicates prosperous future.
Key words: Ship;Superconducting magnet;MHD
船舶磁流体推进是近三十年出现的一种新型的船舶推进方式,它是利用海水中的电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生的一种推进方法,可用于船舶等水中装置的推进。船舶磁流体推进器具有高速、振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。1992 年世界第一艘超导磁流体推进船“大和一1”号的试航成功,标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段,目前许多造船大国纷纷对此技术进行详细研究,并预测此种推进方式将是本世纪最具发展前景的船舶推进方式之一。
1 磁流体推进的基本原理及特点
1.1基本工作原理
磁流体推进是利用海水中电流和磁场间的相互作用力使海水运动而产生的一种推进方法。具体说,磁流体推进是把海水作为导电体, 利用磁体在通道内建立磁场, 通过电极向海水供电, 此时载流海水就会在与它相垂直的磁场中受到电磁力(洛伦磁力) 的作用, 其受力方向按左手定则确定（见图1）。海水受力时沿电磁力方向运动, 其反作用力即推力推进船舶运动。在磁场一定的情况下, 电流大, 电磁力大,推力也大, 船运动的速度就快；反之, 电流小, 电磁力小, 推 力也小, 船运动的速度也慢。当电流方向改变时,电极的极性也改变,电磁力和推力的方向也改变,船舶运动的方向也随之改变。这样就可以利用调节电流大小的方法来控制船的速度，利用改变电极的极性来操纵船的方向。
1.2磁流体推进器的特点
1）振动和噪声小。磁流体推进取消了螺旋桨推进使用的螺旋桨、轴系和减速齿轮箱, 消除了由这些转动机构引起的振动和噪声,其辐射噪声也比螺旋桨推进器小,使得船舶几乎在安静的状态下航行。
2）高效。磁流体推进器是一个静止设备,它既克服了转动机械的功率限制, 也克服了螺旋桨高速转动形成的空泡,因而可以大大提高设备的功率。
3）布置方便。磁流体推进器装置中各部件, 如发电机、推进器、辅助及控制等设备之间没有刚性连接,它可以集中或分散安装在舱室内任何一个位置,布置方便。
4）操纵性好。磁流体推进易于实现由驾驶人员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(电流) 的大小来控制船舶的推力及速度;通过改变电压的极性,即电流的方向,来操纵船舶的运行方向。
2船舶磁流体推进技术研究现状及工程应用
2.1国外磁流体技术研究现状
开展超导磁流体推进研究较广泛的国家主要有美国、日本、前苏联。其中美国和前苏联注重于理论和实验研究及军用舰船，如潜艇的概念设计，而日本则更多注重于实船应用和民用船舶的概念设计。
2.1.1 美国磁流体推进研究
美国从事超导MHD推进研究的有4个研究单位，它们是美国海军水下系统中心，戴维·泰勒舰船研究发展中心，阿贡(Argonne)国家试验室，阿夫可(AVCO)公司。前二个单位负责研究超导磁流体推进的流体动力性能、结构形式，适用于磁流体推进的潜艇艇型及其相关的装置。阿贡国家试验室负责磁流体推进模型的试验研究；阿夫可公司研制磁体结构及其超导材料技术，船舶磁流体推进器的概念设计。在阿贡国家试验室建设有大型的MHD推进器的试验装置，用以试验测试磁流体推进模型的电磁场特性和流体动力特性。
美国在超导磁流体推进研究中，对超导磁体的结构和舰船上安装磁流体推进器的结构型式进行了广泛的研究，其中大型磁体的磁感应强度可达6～8 T，提出了潜艇上应用的环状式结构将具有最高的效率，并作了全面的试验研究，得到许多有益的结果。
2.1.2日本磁流体推进研究
日本的神户商船大学最早进行超导磁流体推进的研究。日本亦是世界上研制成第一艘超导磁流体推进船的国家，其研究目标是水面船舶。
日本于1985年成立了“超导磁流体推进船发展和开发委员会”，组成了由船舶和超导、电磁两方面的研究工作者和厂家的小组。总投资约5亿日元，历时6年，1991年下水的“大和一1”号是世界上第一艘超导磁流体推进试验船，由于日本所研制的超导磁流体推进器主要是针对实船应用的，在模型试验的基础上，六年的研制过程中解决了众多的实用化问题，如超导磁体的绕制及重量减轻；推进器的整体构型及与船体的配合安装；低温容器的效率及轻量化；电极材料及电解气泡等等。由于研究的需要，日本“超导磁流体推进船发展和开发委员会”分为两部分：一部分从事船舶流体力学性能方面的研究，包括模型试验、船体设计和效率估算等；另一部分从事电磁设备的研究，包括实船磁体的设计、致冷、低温容器、电器控制等。
总的说来，日本的“大和一1”号是成功的，证实了超导磁流体推进船的可行性，得到世界同行的广泛关注，但存在的主要问题是推进效率太低及试航中的失超。
2.1.3 前苏联及俄罗斯磁流体推进研究
前苏联从事磁流体推进的单位有科学院高温物理所、列宁格勒造船学院和克雷洛夫研究院等单位。前苏联的研究工作起步较早，投资也很大，但目前还停留在实验室中。高温物理所负责磁体的研究，研制的螺管磁体螺旋通道不同于日本“大和一1”号的偶极磁体，有一定的特色。
前苏联已完成了50 kW超导磁流体推进样机的原理性研究，包括理论和试验，并开始研制1 200 k W的超导MHD推进器。1 200 kW的实物样机内径为l m，外径为2.1 m，长2.2 m，1 200 kW实物样机的中心磁场7特斯拉，但后因政局变化，工作中途夭折。另外为研究该样机还建立了一个大型的试验室。原苏联的螺管磁体可大大降低磁体线圈的绕制难度，有效地提高磁场强度，同时可解决磁体支撑内壁的强电磁应力。
材料的发展非常迅速，虽然液氮区的“高温”还不能成线，但像铌三锡等低温材料从工艺上已有较大突破，并已在美、俄制成线材，从而使产生的磁场更强。“高温”超导亦正在研究成型并有所突破，最终可应用于磁流体磁体的制造上。
3.2电极技术
近年的研究使电极材料有较大突破。日本“大和一1”号采用的电极材料为钛基表面镀铂，使电极的耐久性达到一年以上，且产生的电解气泡很少。目前美国、俄罗斯亦已研制成耐久低电解的电极材料。
3.3低温容器技术
低挥发的超导低温容器技术已有很大发展。日本“大和一1”号在陆上作低温试验时，低温容器的保持超导时间为16天。一般只需在磁体上附加一个小容量的循环氦液化器装置即可满足长期使用要求。国内中科院电工所的低温容器也可保持9天超导。另外在结构上，在轻量化上也有明显的进步。