專利名稱：電磁力海船推進(jìn)裝置的制作方法
一技術(shù)領(lǐng)域造船工業(yè)背景技術(shù)：
(一)概述到目前位置，在造船工業(yè)中，船舶的推進(jìn)裝置絕大多數(shù)采用螺旋槳推進(jìn)的方式。其中，有可變螺距的螺旋槳，也有固定螺距的螺旋槳。而在一些小型的高速船(如鋁合金雙體船)上，則多數(shù)采用噴水器(Water-jut)，個(gè)別鋁合金高速船則采用了燃?xì)廨啓C(jī)作為推進(jìn)裝置，例如使用為制造飛機(jī)而設(shè)計(jì)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等。這些裝置的弱點(diǎn)，要么是推進(jìn)效率比較低，要么是造價(jià)比較昂貴，要么是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃油消耗巨大，噪音很大，維修保養(yǎng)很不方便(如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和噴水器等)。為了提高推進(jìn)效率，節(jié)省能源，減小噪音，降低造船成本，方便維修保養(yǎng)，這里發(fā)明了一種用電磁力直接作用的推進(jìn)裝置——電磁力海船推進(jìn)裝置。
(二)本裝置的理論基礎(chǔ)1)運(yùn)動(dòng)電荷在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上受到的洛倫茲力眾所周知，載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中要受到磁力的作用，這是因?yàn)閷?dǎo)線中的電流來(lái)源自由電子的定向運(yùn)動(dòng)所形成的。所以我們假設(shè)，運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子在磁場(chǎng)中同樣會(huì)受到洛倫茲力的作用。事實(shí)上，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作定向運(yùn)動(dòng)(如電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng))的根本原因就是導(dǎo)體中的帶電粒子除了在磁場(chǎng)中作定向運(yùn)動(dòng)之外，還不斷地與導(dǎo)體中的宏觀物質(zhì)相互碰撞而把作用力傳遞給導(dǎo)體本身?！@就是載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的微觀本質(zhì)。
2)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力分析與計(jì)算根據(jù)上面的分析，我們可以進(jìn)一步地研究安培定律的意義。按照安培定律，載流導(dǎo)線上任意一電流元Idl在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)中所受到的外力df=BIdlsin(dl→·B→)---(1)]]>假設(shè)電流元的橫界面為s，單位體積內(nèi)有n個(gè)帶有電荷e的粒子，且這些粒子定向運(yùn)動(dòng)的平均速度為 那么 的方向就是 的方向。而電流強(qiáng)度的定義為I＝neυs (2)將其代入安培定律后得出df=enυsBdlsin(υ→·B→)---(3)]]>這里的 是電荷定向運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向間的夾角。這個(gè)力就叫做“洛倫茲力”，
其方向垂直于矢量 和 所決定的平面。顯然，當(dāng)這一夾角等于90°時(shí)，上式可以寫(xiě)成df＝enυsBdl (4)在dl這一段導(dǎo)體內(nèi)始終保持有dn＝nsdl個(gè)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。如果我們認(rèn)為這段載流導(dǎo)體所受到的磁場(chǎng)力就是磁場(chǎng)經(jīng)由這些定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子傳遞給導(dǎo)體的，則每一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子在磁場(chǎng)中受到的力應(yīng)為f1=dfdn=eυBsin(υ→·B→)---(5)]]>這個(gè)力就叫做“洛倫茲力”。這里，無(wú)論粒子帶的是正電荷還是負(fù)電荷，它們的指向關(guān)系都滿足于“右手定則”。而洛倫茲力與電流的方向以及磁場(chǎng)方向之間的矢量關(guān)系可以用以下矢量方程表示f+→=eυ→×B→f-→=-eυ→×B→---(6)]]>這也就是說(shuō)，上式所代表的受力方向取決于電荷本身的正負(fù)。由于洛倫茲力與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以這種力事實(shí)上并不對(duì)帶電粒子做功，而只能改變粒子本身的運(yùn)動(dòng)路徑。
(三)推進(jìn)原理的實(shí)驗(yàn)證明設(shè)有一個(gè)環(huán)形容器，底部是絕緣材料制成的，而容器的外側(cè)由金屬導(dǎo)體制成，并在這個(gè)容器的中心安裝一個(gè)柱形的同軸電極。然后在這個(gè)容器中注入液體的電解質(zhì)(例如海水)。并分別把一個(gè)直流電源的正負(fù)極連接到容器的外壁和中心的柱形電極上。當(dāng)兩極之間加上直流電壓時(shí)，電解液中的正負(fù)離子(如海水中的Na+和Cl-)就在電場(chǎng)力的作用下，分別地向相反的方向運(yùn)動(dòng)并靠近兩極。比如說(shuō)，中心的柱形電極連接到電池的正極，外側(cè)的容器壁連接到電池的負(fù)極，那么Cl-離子就會(huì)從四面八方向中心運(yùn)動(dòng)，而Na+離子就會(huì)輻射狀地向容器壁靠近。結(jié)果，通過(guò)這種電解質(zhì)而形成了電流。
如果在這個(gè)容器的上下安放一對(duì)永久磁鐵，讓它的磁力線垂直地穿過(guò)容器中的電解質(zhì)。那么，在洛倫茲力的作用下，運(yùn)動(dòng)的帶電粒子就會(huì)改變它的運(yùn)動(dòng)方向。由關(guān)系式(5)證明，兩種帶有不同電荷的粒子的受力方向是完全相同的。所以容器中的電解液就會(huì)在洛倫茲力的作用下，繞著容器中心的柱形電極沿著相同的方向快速旋轉(zhuǎn)(參見(jiàn)圖1)。
三

發(fā)明內(nèi)容
基于上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)，我們可以把容器的底部去掉，而形成一個(gè)圓筒型的金屬構(gòu)件。同時(shí)用絕緣材料作為支架，把圓筒與中心的電極相對(duì)地固定。在圓筒的兩端各安放一個(gè)永久磁鐵，磁鐵的南北兩磁極相對(duì)，使磁力線的方向平行于圓筒的軸線。然后把這個(gè)裝置水平的置于海水之中。須指出，這個(gè)永久磁鐵一定要做成能夠保證海水暢通無(wú)阻的由前面進(jìn)入、而由后面流出。同時(shí)，在這個(gè)圓筒的側(cè)壁安裝上由適當(dāng)厚度的絕緣材料制成的、具有一定寬度的、螺旋型形狀的導(dǎo)流葉片(參見(jiàn)圖2)。這樣一來(lái)，當(dāng)圓筒兩極通上直流電以后，本來(lái)是繞著柱形電極高速旋轉(zhuǎn)的電解液(海水)，在螺旋型導(dǎo)流葉片的作用下，將改變方向而旋轉(zhuǎn)地向后流出。這種高速流出的水流，反作用于本裝置之上，從而使其高速的向前運(yùn)動(dòng)。如果將這種裝置固定在船艉底部或兩側(cè)的適當(dāng)位置，就構(gòu)成了一種新型的“海船推進(jìn)裝置”。如果把這種裝置安裝在魚(yú)雷的內(nèi)部并用蓄電池供電，就構(gòu)成了一種新型魚(yú)雷。
四


圖1.電磁力推進(jìn)裝置工作原理示意圖A柱狀電極；B導(dǎo)電的圓筒；C直流電源；D導(dǎo)電的電解質(zhì)(如海水)；E和FN極與S極相對(duì)的永久磁鐵。
圖2.電磁力推進(jìn)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖A高強(qiáng)度耐腐蝕且不導(dǎo)電的永久磁鐵；B耐海腐蝕的導(dǎo)電(如不銹鋼)圓筒；C耐腐蝕的圓柱形電極；D由絕緣材料制成的螺旋狀導(dǎo)流葉片；E高強(qiáng)度絕緣材料注塑成型的殼體；F高速水流的噴嘴；G流線型的推進(jìn)器外殼；J儲(chǔ)壓腔；K流線型導(dǎo)流罩；L海上漂浮物的過(guò)濾罩。
圖3.永久磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖A正視圖；B俯視圖；C側(cè)視圖；D海水的通道。
五具體實(shí)施方案用耐海水腐蝕的不銹鋼分別作為外側(cè)的圓筒電極和中心柱形電極。用高強(qiáng)度耐腐蝕的塑料作為固定兩種電極的框架，并把螺旋狀的導(dǎo)流葉片鑲嵌在圓筒與中心電極之間。再用具有高磁場(chǎng)強(qiáng)度的永磁性材料制成帶有“蜂窩煤狀”孔洞的永久磁鐵(參見(jiàn)圖3)，以保證海水暢通無(wú)阻的由前面流入后面流出。永久磁鐵要求用絕緣材料制成，或者要保證它與兩個(gè)電極之間的絕緣。永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度越高越好。兩個(gè)磁鐵的南極與北極相對(duì)地固定在圓筒兩端的適當(dāng)位置，并用一定厚度的軟磁性材料連接兩個(gè)磁鐵的外端，以便兩端的磁力線順利的對(duì)接而構(gòu)成回路。加速腔以后的部分，設(shè)計(jì)成一種儲(chǔ)壓式的噴射形狀。
如果這種裝置是安裝在大型船只(或潛水艇)上，其直流電源可利用直流發(fā)電機(jī)組來(lái)提供。如果安裝在魚(yú)雷上，可直接用蓄電池供電。
這種裝置作為海船的推進(jìn)設(shè)備，通過(guò)調(diào)整直流供電系統(tǒng)的電壓，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)船舶航速的目的。如果將該裝置全回轉(zhuǎn)地固定在船艉底部或兩側(cè)的適當(dāng)位置上，通過(guò)操控推進(jìn)裝置與船舶舯線的夾角就達(dá)到了操控船舶航向的目的。
這種推進(jìn)裝置不僅操控簡(jiǎn)單，而且取消了船舶的中間軸、推力軸、艉軸、舵設(shè)備以及操舵系統(tǒng)等大型構(gòu)件與設(shè)備，從而大大降低了船舶造價(jià)。尤其是，這一裝置本身具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操控方便、推進(jìn)效率高，沒(méi)有噪音(這一點(diǎn)適合于潛艇)、維修保養(yǎng)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，無(wú)論是在民用上還是在軍用上，都是較為理想的海上推進(jìn)裝置。
權(quán)利要求
1.使用本推進(jìn)裝置可取消船舶的中間軸、推力軸、艉軸、舵設(shè)備、操舵系統(tǒng)等重要部件和設(shè)備，從而使船舶造價(jià)大為降低。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操控方便、沒(méi)有噪音、機(jī)械效率高，因此可用于各種海上運(yùn)輸船只和軍用魚(yú)雷的推進(jìn)器使用。
2.本裝置安裝在海船或潛艇上時(shí)，可用直流發(fā)電機(jī)組來(lái)供電，安裝在魚(yú)雷上時(shí)可用蓄電池供電。
3.通過(guò)調(diào)整直流供電系統(tǒng)的電壓，就可以調(diào)節(jié)船舶的航速。
4.本裝置可以全回轉(zhuǎn)地固定在船艉的底部或兩側(cè)，操縱本裝置與船體舯線的夾角，就達(dá)到了操控船舶航向的目的。
全文摘要
本發(fā)明要點(diǎn)是在螺旋狀導(dǎo)流葉片的引導(dǎo)下，繞著柱型電極高速旋轉(zhuǎn)的電解液(海水)而改變?yōu)樾D(zhuǎn)地向后流出。經(jīng)過(guò)儲(chǔ)壓腔之后，水流將高速地向后噴射。高速水流的反作用力迫使船舶向前行駛。其中，導(dǎo)電的圓筒用耐海水腐蝕的不銹鋼板做成，圓柱形的中心電極用不銹鋼棒做成。用高強(qiáng)度的抗腐蝕塑料作為圓筒和圓柱型電極的固定支架，并鑲嵌著螺旋狀的導(dǎo)流葉片。把高磁場(chǎng)強(qiáng)度的永久磁鐵做成“蜂窩煤狀”，以確保水流的暢通無(wú)阻。永久磁鐵的南北兩個(gè)磁極相對(duì)的固定在圓筒兩端的適當(dāng)位置，并用軟磁性材料從外側(cè)把兩端連接起來(lái)，磁力線構(gòu)成回路。尾部設(shè)計(jì)成儲(chǔ)壓式噴嘴(參見(jiàn)圖2)。裝在船舶(包括潛艇)上時(shí)，用直流發(fā)電機(jī)組供電。裝在魚(yú)雷上，用蓄電池供電。
文檔編號(hào)B63H21/00GK1836973SQ20051006000
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者夏烆光 申請(qǐng)人:夏烆光