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磁流体推进技术是一种将电磁能直接转换成流体动能的新型推进技术,与传统推进器相比,这种推进方式取消了螺旋桨、轴系、减速齿轮等转动部件,大大降低了由这些机械部件引起的噪声和振动,能实现船舶的安静航行。
中科院电工所从1996年开始,针对螺旋通道磁流体推进器进行了大量的实验研究和理论分析,对螺旋通道内部的流动特性进行了一维和准二维的分析研究。由于螺旋通道结构复杂,内部的流动特性呈现明显的三维特征。因此,一维和准二维的数值分析方法无法全面揭示螺旋通道内部的流动状态。从而给螺旋通道磁流体推进器的优化设计和性能预测带来一定的困难。
本论文从电磁场理论和流体动力学理论出发,建立了螺旋式磁流体推进器的数学模型,运用CFD分析软件对推进器的电磁特性和流动特性进行了三维数值模拟,研究了螺旋片和导流器的结构参数对推进器性能的影响。针对给定的超导对极螺管磁体,进行了推进器结构参数的优化分析,结果表明,在给定条件下,螺距为100mm、双叶片进口导流器的推进器具有最优性能。论文还对中日合作试验的磁流体推进器进行了三维数值模拟,分析了设计条件下推进器中各种损失的机理和推进器的性能特性,并与试验结果进行了比较,验证了该分析方法的正确性。
通过本文的研究,初步实现了螺旋通道磁流体推进器结构的优化设计和性能预测,为进一步研发实用化的磁流体推进器提供了理论依据。