螺旋通道磁流体推进器
2023年中考物理题型专项训练：材料阅读题
材料阅读题1．请阅读《国之重器——综合极端条件实验装置》并回答问题。
国之重器——综合极端条件实验装置从人类第一次仰望星空，到试图用“中国天眼”破译日月星辰等天文现象的奥秘，从探究万物组成到利用扫描隧道显微镜透视物质的微观结构，都得益于实验条件的拓展和技术手段的进步。
在宇宙中，高温、高压、强磁场等极端环境比比皆是，而我们地球上的生活环境是一个相对温和的环境，要发现更多的新现象，就需要建造极端条件实验室，拓展研究空间。
所谓极端条件，指的是在实验室中人为创造出来特别低的温度、特别强的磁场、特别高的压强等(如图所示)实验条件。
通过创造极端条件，可以发现和揭示许多在通常条件下观察不到的奇异物质特性。
例如，某些物质在很低的温度时，电阻就变成了0(如铝在－271.76 ℃——即1.39 K——以下时电阻为0)，这就是超导现象。
肩负原始创新重任的国之重器——国际首个综合极端条件实验装置布局在北京怀柔科学城，并已投入使用。
该项目拥有极低温(可达1 mK)、强磁场(可达32.35 T)、超高压(可达3.8×1011 Pa)和超快光场(时间分辨率可达10－18 s)极端条件实验装置。
科学家们将极端条件进行综合运用，大大拓展了物质科学的研究空间，为发现新物态、探索新现象、开辟新领域，创造了前所未有的机遇。
请根据上述材料，回答下列问题：(1)请写出我国综合极端条件实验装置中的一个极端条件：_________________________________________________________________________________。
(2)我国自主研制的载人潜水器“奋斗者”号成功完成了10 000 m的深潜试验，创造了中国载人深潜的新纪录。
超高压极端条件的压强约为“奋斗者”号在10000 m深海中(海水密度取1.0×103kg/m3)承受压强的________倍。
(填写正确选项前的字母)A．4 B．40 C．4 000 D．400 000(3)强磁场的产生需要大电流，但电流越大，导线的温度就会越高，通常会导致铝导线等熔化，给强磁场的产生带来限制。
磁流体推进器原理
磁流体推进器原理磁流体推进器（Magnetohydrodynamic Propulsion，MHD）是一种利用磁场作用在电离气体中产生推力的推进技术。
它能够在真空中无需使用传统的推进剂，而利用气体的电离状态进行推进。
磁流体推进器拥有许多独特的优点，因此在太空探索和航天领域引起了广泛的关注。
磁流体推进器的工作原理基于磁流体力学的理论。
当电离气体中的自由电子受到磁场约束时，它们会受到洛伦兹力的作用而产生运动。
通过合理地设计磁场结构和电离气体的流动状态，可以使电离气体中的电子流动形成推进力，从而驱动太空器或飞行器进行推进。
磁流体推进器可以根据其推进方式的不同分为直线型和脉冲型。
直线型磁流体推进器是连续供应电离气体，通过不断地加速气流来产生推进力。
脉冲型磁流体推进器则是在短时间内释放大量的电离气体，产生瞬时的推进力。
这两种推进方式各有优势，可以根据具体的任务需求进行选择。
在实际应用中，磁流体推进器需要解决一些挑战。
首先是电离气体的供应和控制问题。
为了维持推进器的正常工作，需要持续地提供足够的电离气体，并且要能够精确地控制其流动状态。
其次是磁场的设计和控制。
合理地设计磁场结构可以提高推进效率和稳定性，但是也需要考虑能源消耗和系统复杂性等因素。
磁流体推进器在太空探索和航天领域具有广阔的应用前景。
首先，它可以作为主要推进系统，用于提供足够的速度和能量来到达目的地。
其次，磁流体推进器也可以作为辅助推进系统，提供微小调整和修正的能力。
此外，由于磁流体推进器无需传统的推进剂，可以减轻整个系统的重量和体积，提高有效载荷比例。
总之，磁流体推进器作为一种创新的推进技术，具有许多独特的优势和应用前景。
通过深入研究其工作原理和解决相关技术问题，我们可以进一步推动磁流体推进器的发展，并为太空探索和航天领域带来更多的突破和创新。
基于磁流体推进技术的海水离子流船舶推进器
基于磁流体推进技术的海水离子流船舶推进器作者：钱兆辉来源：《科学家》2016年第17期摘要为了克服现有船舶推进装置的缺点，提出了一种基于磁流体技术的海水离子流船舶推进器。
该装置利用海水在电场中加速后排出产生的推力来推进，并对该装置进行Rhino建模。
再通过HEMS-1实验船对该装置进行优化。
关键词船舶推进；离子；新能源；交流电中图分类号 U6 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）17—0005—02目前，船舶的推进器主要分为以下几种：喷水推进装置、电力推进、螺旋桨。
喷水推进的推力是通过推进水泵喷出的水流的反作用力来获得的，但当舰船航速低于20，喷水推进的效率比螺旋桨要低一些，由于增加了管路中水的重量，使得舰船损失排水量，而且在水草或杂物较多的水域，进口容易出现堵塞想象而影响舰船的航速。
电力推进却由于能量的多次转换，需要设备多、动力装置重、投资大、控制系统一般比较复杂且与直接由原动机推动螺旋桨相比，电力推进的能量损耗大，总的推进效率低。
螺旋桨的应用比较广泛，但当使用大功率的主机后，螺旋桨激振产生局部的不稳定空泡导致螺旋桨作用于船体的压力、振幅和相位都不断变化，造成船尾振动、结构损坏、噪声、剥蚀等问题。
可见，现有对船舶推进器改进是十分重要的，为了克服现有船舶推进器的缺点，在查阅了国内外磁流体技术文献的基础上，提出并设计了一种基于磁流体推进技术的海水离子流船舶推进器。
1海水离子流船舶推进器原理海水本身带有正电荷和负电荷。
海水先通过离子选择器，使负电荷吸附在电板上，而另一端因没有直接接触电板而使正电荷无法被吸附在电板上。
于是海水只带了正电。
只带正电的海水再通过进口流旋器，使流体由轴向直流运动变成旋转流动，然后通过一个电场，带电粒子在电场中加速，带动海水的加速排出，通过出口整流器，将流体由旋流运动重新变回轴向流动。
加速海水被排出后，产生反作用力，推动了船的前进（如图1所示）。
因为当负电荷吸附过多时，会中和电板上的正电。
具有双螺旋通道的新型三相交流磁流体推进器
径 。 ， 足 够 大 ， 磁 感 应 强度 径 向 分 量 （ ， 应 使 Ｒ）
不 大于 铁 磁 材 料 的饱 和 值 。屏 蔽 还 应 有 足 够 的厚
度， 使其 中的磁感 应 强度 也 不 大 于饱 和值 。 在这 种 条件 下 ， 铁磁 材料 的磁 导率 远大 于空 气 的磁 导率 ， 在 屏 蔽 内表面 附近 的磁 场 方 向 ， 本 上 可认 为 与此 内 基
第 ２ ９卷 第 １期
２１ ０ ０年 １月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｅ ｇ
Ｖｏ ． ９． ＮＯ １ １２ ．
作 用产 生 电磁力 ， 电磁 力 与 通 道体 积 成 正 比。为 此 增 大磁 流体 推进器 产生 的 电磁 力 ， 利 用 圆筒 形 超 可 导 磁体外 部 的旋转 磁 场 ， 圆筒 形 磁 体外 部 增 设 一 在
个 螺旋通 道 （ 简称外 螺 旋通 道 ） 这样 便 构成 双螺 旋 ，
最后 导 出在 外螺旋 通道 产 生的 电磁 力与各 参量 的关 系。
关 键 词 ： 流 体 ； 进 器 ；三 相 交 流 ； 螺 旋 通 道 磁 推 双
中 图 分 类 号 ： ６４ ３ Ｕ ６ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —０ ６ ２ １ ） １０ １ －３ ０ ３ ３ ７ （ ０ ０ ０ —０ ３０
布以及 外螺旋通 道 内海水产生 的 电磁力 。
２ 圆 筒形 超 导 磁 体 外磁 场 的 屏 蔽
圆筒 形超 导磁 体 的横 断面 图以及 在无屏 蔽 条件 下旋 转磁 场某 瞬 间 的分 布 如 图 １ ａ 所 示 ， 中 Ｒ （） 图
超导磁流体推进器
追求卓越
我国的新概念核潜艇
中国洛神号超导磁流体潜艇试车
厚德博学
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（一）形体和内置设备以及分布状况 这种磁流体推进器潜艇是内置式，六连环螺旋直流体推进器为装置， 将部分参照俄罗斯K级（“基洛”877-636）型艇，以及美国的“弗吉尼 亚”级核潜艇，还有法国“红宝石”核潜艇的各方面的特点，在此基础上 也凝聚中国的设计人员的智慧和力量，所以说，它是世界上最先进、最前 卫、最具有战斗力的未来潜艇。 指挥台围壳采用矩形的双轴线结构，两侧及围壳、舵内壳采用最新的 高强度塑钢，它的承受力比目前的潜艇钢高出三倍以上，从理论上说，最 深深度可达800―1000米。当然这只是处于实验阶段。外壳敷设无缝绝缘 吸声材料。 内部设置也基本参照“弗吉尼亚”级滴水型攻击艇。试验艇内壁有武 备舱、指挥舱、电池舱、发电机舱、操纵舱和磁流体推进器舱。另外装有 一个球型声纳基阵，艏舱布置六具潜艇垂直发射筒，是作为战略武器的一 部分。四具鱼雷发射管向两舷外偏与轴线成10°夹角，以增加发射扇面并 有利于发射后的规避。 该艇可以发射鱼雷、反舰导弹、潜对空导弹、水雷之外，还可以操作
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深度；而尾升降舵用于产生纵倾或保持已有的纵倾角。有的潜艇没有首升降舵 ，而改设指挥台围壳水平舵。其缘故是围壳舵比首升降舵能更好地在各方向上 保持潜艇良好稳定性。为了使潜艇航行稳定，一般潜艇艇尾还设有垂直稳定翼 和水平稳定翼。 目前，潜艇在概念试验阶段还存在操纵性上有不安全因素，譬如高速航 行时，会产生急剧增减航速或突然改变航向、深度，极易出现纵、横摇摆及埋 首现象。而发生卡舵时，潜艇则会很快超深下沉。为了从根本上解决操纵性问 题，打算将磁流体推进器与舵设备同时装设在潜艇上，当潜艇静止或低速航行 时，采用喷水推力操纵，而高速航行时则将舵设备与推进器混合使用，可最大 限度的消除舵设备的惯性作用，保持稳定运动。同时，自动化的操纵控制技术 还将使操艇人员能够象驾驶飞机一样操纵潜艇。 说到威胁力，磁流体推进潜艇对于2l世纪的潜艇设计师和建造师来说，具 有极大的吸引力。因为这种全新的推进方式将使潜艇在战术、技术性能上发生 质的飞跃。只要艇员的身体素质和艇内的生活用品允许，磁流体潜艇将拥有无 限的续航力和自持力；只要艇体强度承受得住，又可在任意深度航行；更为重 要的是，这种潜艇具有空前的的安静性和水下高速航行、高速机动能力，成为
科技成果——磁流体推进技术
科技成果——磁流体推进技术技术开发单位中科院电工研究所项目简介该技术是利用海水通过磁场而产生的电磁力来推动海洋装置前进的新技术，它取代了传统螺旋桨、轴系、减速齿轮等结构，极大地降低了噪声；推进器的磁体、电极等是相对静止的固定装置，不受旋转机械极限功率的限制，可制造超大功率的高速海水推进器，理论航行速度可达150节。
操作简便灵活，改变电极电流的方向和大小就可以改变推进装置推力的方向及大小，空间布局灵活，推进器安静舒适。
目前，已研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进试验船HEMS-1号，船长为3.2米，排水量约1吨，可搭乘1人，中心磁场为5特斯拉，采用不锈钢镀铂电极，推力可达40-50牛顿，船速2节。
该成果获中国科学院2000年科技进步二等奖。
应用范围低噪音海洋环境勘察、海洋观光旅游。
项目所处阶段实验室研究。
市场前景世界游轮协会资助完成的一项研究显示，美国人口中有12.3%的人曾经乘坐过游轮，每年还有数以百万的人加入到这个队伍中来；超过6800万的美国人希望乘坐游轮，超过4300万人确定会成行，这意味着潜在的游轮度假市场至少达到570亿美元，最高可能达到850亿美元。
我国自1976年9月日本国际游轮珊瑚公主号首次停靠大连港，访问中国沿海港口的游轮数量逐年上升。
据《2010-2011中国邮轮发展报告》，2010年乘坐游轮赴海外旅游的出入境大陆游客达到79万人次，比上年增长20.1%。
同时还有正在兴起的游艇项目，可见我国市场发展潜力巨大。
应用磁流体推进技术，可形成海上观光游轮、游艇，海底观光的水下推进器，实现广大民众的海底观光愿望。
磁流体推进技术噪音低、环保，对水下生物影响小，是一种环保、绿色的海洋观光技术。
合作方式技术转让、技术入股、合作开发。
超导磁流体推进器
超导磁流体推进器我国代号为“洛神”的“超导磁流体推进器”潜艇研制已经取得了重大突破，开始进入试车定型阶段。
我国是个海洋大国，随着大洋经济的到来，我们越来越意识到海洋的重要性。
但是由于我国的海军建设一直以来都是以近岸防御为主，而对保护稍远的海上利益却显得有些力不从心。
于是大力发展远洋海军，对中国来说是势在必行。
可是，一味追赶，一味模仿外国海军的模式,总令中国头头脑脑们陷入极大的被动。
于是在90年代初期，由中国科学院电工所与中国舰船研究院负责，一个称为“剑鱼”（99工程）的计划实施了，其实质便是超导技术在海军舰艇方面的应用研究。
从开始研制到今天试车成功这十几年时间里，我们的科学家们可谓是创造了人类的一个奇迹。
下面我们就以下几个方面对我国的新型潜艇进行了解：中国“洛神”超导磁流体推进器潜艇90年代初期，由中国科学院电工所与中国舰船研究院负责，一个称为“剑鱼”（99工程）的计划实施了，其实质便是超导技术在海军舰艇方面的应用研究。
从开始研制到今天试车成功共花费这十几年时间.1、外型：当初分别参照了俄罗斯K级（“基洛”877-636）型艇，以及美国的“弗吉尼亚”级核潜艇，还有法国“红宝石”核潜艇作为新舰风洞模型。
然而这些在以前的动力装置下，被喻为世界顶尖的水滴型设计的外型，在以超导磁流体作为动力的风洞实验中，其钝型的舰首在高速行驶下会与海水形成一个酷似音障的水障，因此大大影响了航速。
于是，凝聚着中国的设计人员的智慧和力量的鱼形外型出现，并近乎完美的通过了风洞试验。
其首部与尾部各有一对升降舵，在使用中，首升降舵主要用于产生正、负升力，改变或稳定航行深度；而尾升降舵用于产生纵倾或保持已有的纵倾角。
两侧及围壳、舵内壳采用最新的高强度塑钢，它的承受力比目前的潜艇钢高出三倍以上，下潜最深深度可达800―1000米。
而船体则包裹着一层由特殊材料制成的弹性“皮”称为“无回声蒙皮”，这种皮使艇壳对于声纳波几乎无反射.2、动力：“超导磁流体推进”作为一个非常复杂的课题，它由几个部分构成：A、蓄电池舱：作为备用能源，磁流体推进器仍须装备一定数量的蓄电池，该舱*近艇的中部指挥舱下层空间。
磁流体推进器原理
磁流体推进器原理
磁流体推进器是一种利用磁场和流体相互作用产生推进力的推进装置。
其原理基于磁流体力学和电磁场理论，通过控制磁场和流体的相互作用，实现推进器的推进效果。
磁流体推进器的原理可以分为磁流体力学原理和电磁场原理两个方面来进行解析。
首先，从磁流体力学原理来看，磁流体推进器利用磁场对流体的作用力来产生推进效果。
当流体通过磁场时，磁场会对流体施加一个力，这个力称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向取决于流体的速度、磁场的强度和流体的电荷状态。
通过合理设计磁场的分布和流体的流动状态，可以实现对流体施加的洛伦兹力达到推进效果的目的。
其次，从电磁场原理来看，磁流体推进器利用电磁场的作用来控制流体的运动状态，从而实现推进效果。
通过在流体中施加电流，可以产生磁场，而改变电流的大小和方向可以控制磁场的分布和强度。
通过控制磁场的分布和强度，可以实现对流体施加的力的调节，从而实现推进效果。
综合以上两个原理，磁流体推进器的工作原理可以简单概括为，通过控制磁场和流体的相互作用，实现对流体的推进效果。
在实际应用中，磁流体推进器可以通过改变磁场的分布和强度，控制流体的流动状态，从而实现推进器的推进效果。
磁流体推进器的原理具有许多优点，例如推进效率高、推进噪音小、对环境无污染等。
因此，在航天、船舶、飞机等领域都有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，磁流体推进器的原理也在不断完善和改进，相信在未来会有更多的创新和突破，为人类的科技发展做出更大的贡献。
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螺旋通道磁流体推进器
Spiral Channel MHD Propulsion
直管马鞍型超导磁流体推进器结构简单，但超导线圈与相关结构复杂，一种螺旋通道磁流体推进器的超导线圈简单，水流通道相对复杂但对于机械制造是简单的。
中科院电工所在1998 年研制了世界上第一艘超导螺旋式磁流体推进试验船(HEMS -1)，是一艘在海水中行驶的超导磁流体推进船，由于在公开资料中没有看到螺旋通道磁流体推进器的近期新技术，本课件根据(HEMS -1)有关资料对其基本结构与原理作简单介绍。
螺旋通道磁流体推进器的超导线圈就是一个圆筒形线圈，圆筒也是水流的通道，通电后圆筒线圈内产生磁场，磁场方向与线圈筒轴线平行，但在筒内任何方向的电流都不可能使水轴向流动，电磁力不可能使水流动方向与磁力线方向平行，需要采取某种方法使筒内的水转为轴向流出。
在图1中有一个线圈，在线圈轴线处安装一个圆柱面电极（内电极），在线圈筒内壁面安装圆筒面电极（外电极），通上直流电，线圈产生轴向磁场，内电极接电源正极，外电极接电源负极，水在电磁力作用下在管内做环形流动，见图1。
图1-在线圈内产生环形水流
怎样让环形的水流变成轴向呢，在线圈筒内安装一块挡板，挡板以电流方向为轴，与磁力线有一定夹角（约45度），挡板拦住了环形水流，使其转为轴向，见图2。
图2-线圈内环形水流受挡板作用转为轴向
以上过程用一段3D动画来演示，动画中的红色箭头线代表电流方向，蓝色箭头线代表磁场方向，运动的绿色小球代表水流走向。
螺旋通道磁流体推进器原理动画
实际的螺旋通道磁流体推进器内不是简单的几块挡板实现水流的转向，是在线圈筒内建立螺旋通道，螺旋通道部件中部是中轴体，在中轴体上绕有螺旋片，形成螺旋通道，在通道前端还有几片导流片，在后端有几片整流片，螺旋片、整流片、导流片均由绝缘材料制作，图3是螺旋通道部件的结构。
水从螺旋通道前端进入经前端导流片后进入螺旋通道，前端导流片的作用使进入螺旋通道的水较平稳，不出现涡流或湍流，水经过通道螺旋段后到后端整流片，使流出的水由螺旋运动转为轴向流动。
图3-螺旋通道磁流体推进器的螺旋通道结构
把螺旋通道部件安装在线圈筒内，在通道螺旋段中轴安装有内电极，在线圈筒内壁安装有外电极，线圈安装在线圈罩内，线圈罩内充液态氮，使线圈处在超导温度状态。
图4-螺旋通道磁流体推进器结构
使超导线圈进入超导励磁状态，接通直流电源，内电极接正，外电极接负，海水在电磁力作用下做环形流动，但在螺旋片导流下海水沿螺旋通道前进，经整流片转为轴向从出口流出，这个过程在螺旋通道磁流体推
进器动画演示。
这艘超导螺旋式磁流体推进试验船的超导磁通密度为5T，整体的推进效率较低，期待更高温的超导体出现，产生强大的超导磁场推动船只前进。