專(zhuān)利名稱(chēng)：超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于航空航天的發(fā)動(dòng)機(jī)。
目前人們正在使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)。這幾種發(fā)動(dòng)機(jī)共同的缺點(diǎn)就是要消耗大量的燃料來(lái)產(chǎn)生推力。隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)航空活動(dòng)將越來(lái)越多。這樣對(duì)人類(lèi)的環(huán)境產(chǎn)生了很大的破壞，大量二氧化碳產(chǎn)生溫室效應(yīng)使海平不斷升高，地面上氣候也變得越來(lái)越復(fù)雜，惡劣的天氣變得越來(lái)越頻繁。使得目前飛行器越來(lái)越難以適應(yīng)這種狀態(tài)。并且這種動(dòng)力提供是基于石油，而石油的存量也是有限的。隨著我國(guó)加入WTO之后，我國(guó)將變成一個(gè)能源消耗大國(guó)。陸面交通已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的阻塞，如果發(fā)展空中交通，須消耗大量燃料，這一切好象是無(wú)法解決的矛盾。其實(shí)它能解決，并且很完美。
此發(fā)明的目的，就是節(jié)約有限能源，保護(hù)人類(lèi)的環(huán)境，要取代現(xiàn)有的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)。使人類(lèi)文明向前進(jìn)一步。
此發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、消耗能量少，使用它的飛行器靜止浮于空中時(shí)，并不消耗能量；2、能保護(hù)環(huán)境；3、由于這種發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部分，所以沒(méi)有聲音發(fā)出，無(wú)噪音污染；4、在高速飛行(太空中)減速不耗能，而且可以向外輸出能量；5、液氫制冷使發(fā)動(dòng)省去了一套龐大的制冷設(shè)備，大大減輕的發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。
此發(fā)明的主要技術(shù)方案如下超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的理論依據(jù)我們大家都知道一個(gè)存在電流閉合線圈(13)垂直于磁場(chǎng)(14)放置時(shí)，它所受的力全部向外或向里，(如圖(1)所示)把它的圖邊分別標(biāo)成a、b、c、d，那么，它四條邊所受的力總是兩對(duì)邊相反，即a邊和c邊，所受的力相互抵消。b邊和d邊也相互抵消，所以整個(gè)線圈(13)處在一個(gè)平衡狀態(tài)，即不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。如果我們能去掉三條邊的受力，那么，整個(gè)線圈就會(huì)產(chǎn)生單向力。如，把a(bǔ)，b，d三條邊的力去掉，那么就只有c邊受力，這樣線圈，就會(huì)產(chǎn)生單向力，只要力足夠大，就會(huì)產(chǎn)生單向運(yùn)動(dòng)，那么怎樣去掉三邊的力呢？我們知道，這邊的力是由于電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，那么，要么去掉電子，要么去掉磁場(chǎng)；而去掉電子是行不通，而去掉三邊的磁場(chǎng)是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槌瑢?dǎo)在一定溫度下，會(huì)產(chǎn)生封閉磁場(chǎng)效應(yīng)，即磁場(chǎng)不能穿過(guò)超導(dǎo)體，那么我們把這三條邊用超導(dǎo)體包裹起來(lái)，不就產(chǎn)生單邊力了！我們的地球周?chē)嬖谝粋€(gè)大磁場(chǎng)，而且向外空間擴(kuò)展得很遠(yuǎn)，約10～30個(gè)地球半徑大小。如果在近地點(diǎn)能使用這一原理，在遠(yuǎn)地點(diǎn)同樣可以產(chǎn)生推力。當(dāng)須要減時(shí)可用其發(fā)電機(jī)原理，而導(dǎo)線(13)切割磁力線向外輸出能量，產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)，達(dá)到快速減速目的。由于磁場(chǎng)在宇宙空間無(wú)處不存在，所以可以利用其進(jìn)行星際航行。
超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)就是利用導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用原理，來(lái)產(chǎn)生抵抗地球?qū)ζ湟ψ饔?。它主要由四個(gè)部分組成能源供應(yīng)系統(tǒng)、推力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、調(diào)控系統(tǒng)。
能源供應(yīng)系統(tǒng)，(見(jiàn)圖(2))主要是氫燃料電池(2)；電輸送線(11)；液化氫(3)。
推力系統(tǒng)由超導(dǎo)線(5)及支承材料(7)和超導(dǎo)閉磁圈(6)組成。
冷卻系統(tǒng)是由液氫(3)及液罐(1)、隔熱層(8)組成。
調(diào)控系統(tǒng)由磁控超導(dǎo)開(kāi)關(guān)(9)，磁控室(4)、負(fù)載(12)組成。


圖1為通電線圈在磁場(chǎng)中的放置圖。
圖2為超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖。
圖3左中為超導(dǎo)線圈水平放置在磁場(chǎng)中示意圖。
右中為超導(dǎo)線圈的右視圖。
左上為超導(dǎo)線圈傾斜放置于磁場(chǎng)中的示意圖。
左下為超導(dǎo)線圈傾斜放置于磁場(chǎng)中的示意圖。
超導(dǎo)發(fā)動(dòng)的工作原理，當(dāng)起導(dǎo)線圈被輸入電流時(shí)，如圖2所示，它上部分被閉磁場(chǎng)超導(dǎo)圈(6)封閉，不受地球磁場(chǎng)的作用，下部分，在地球磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生向上推力，而其自身的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)使線圈(5)自動(dòng)沿地磁南北方向排列(如圖(3)所示)，這個(gè)原理就和指南針一樣，也就是說(shuō)它在靜止?fàn)顟B(tài)始終產(chǎn)生遠(yuǎn)離磁體中心的力。當(dāng)它向南傾斜時(shí)，(如圖(3)左上)，那么地球磁場(chǎng)在閉磁圈(6)作用下，發(fā)生彎曲，彎曲方向和磁圈平衡，如圖(3)，那么這樣發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)獲得一個(gè)向南方的分力；如果向北方(如圖3)最下一圖同樣存在一個(gè)北方分力，不過(guò)這個(gè)力不是很大，當(dāng)它向東或向西斜時(shí)，它將產(chǎn)生一個(gè)比較大的分力。也就是說(shuō)它向那個(gè)方面傾斜，就會(huì)獲得向那個(gè)方向的分力。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的磁控超導(dǎo)開(kāi)關(guān)處在關(guān)閉狀態(tài)，它的回路由超導(dǎo)線圈(5)及輸電線(11)和燃料電池(2)組成。這時(shí)。磁控室(4)處在非工作狀態(tài)，這樣線圈(5)產(chǎn)生磁場(chǎng)會(huì)使磁控超導(dǎo)開(kāi)關(guān)(9)成為絕緣體。
當(dāng)須要產(chǎn)生懸停效應(yīng)時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟磁控室(4)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)就不能作用到磁控超導(dǎo)開(kāi)關(guān)(9)上，這樣磁控超導(dǎo)開(kāi)關(guān)就恢復(fù)超導(dǎo)狀態(tài)，電流直接從(9)中流過(guò)。這時(shí)燃料電池就不再須要向超導(dǎo)線圈(5)供電，即整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)處在不耗能懸停狀態(tài)。
它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以在宇宙空間，利用微弱的磁場(chǎng)獲得很大的加速力或減速力，而激光加速法在目前還很難減速。
下面是一些基礎(chǔ)理論知識(shí)，由通電導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)的畢奧—薩伐爾—拉普拉斯定律，可以推導(dǎo)出一根通導(dǎo)線周?chē)嗑酁閞處的一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為B＝U0I/2r，這里的U0為真空磁導(dǎo)率數(shù)值為4π×10-7T·m/A。I為導(dǎo)線電流?，F(xiàn)在我們可以假設(shè)地球磁場(chǎng)是由電流引起的，并且適用這個(gè)公式來(lái)計(jì)算其磁場(chǎng)強(qiáng)度變化(注意這個(gè)假設(shè)不管成立與否，都不引響磁場(chǎng)強(qiáng)度的梯度變化規(guī)律，因?yàn)樵谶@里不是要求地球上某一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而是要求其梯度變化和引力變化的比較)。
下面是幾個(gè)點(diǎn)的力的數(shù)值計(jì)算在地球磁邊界處即r＝6.37×107m的力的計(jì)算由萬(wàn)有引力定律F＝G×m1×m2/r2，m為地球質(zhì)量，即5.96×1024kg，m2按103kg；G＝6.672×10-11N·m2/kg2，
則F引＝6.672×10-11×5.96×1024×103/(6.37×107)2＝9.798kg。
而發(fā)動(dòng)機(jī)推力F推＝BLI在發(fā)動(dòng)機(jī)中，L＝2×104m；I＝103A，磁邊界B＝5×10-8T。
F推＝5×10-8×2×104×103＝1kg當(dāng)在地球磁正中層時(shí)，F(xiàn)引＝6.672×10-11×5.96×1024×103/(6.37×106×5)2＝39.192kgF推＝(5×10-8+0.5×10-4)/2×104×103＝5.0×102kg可見(jiàn)磁邊界引力和推力相差無(wú)幾。磁中間層引力比推力小得多，因此大氣層外，可以得到很大的加速力，完全可以進(jìn)行宇航，這一數(shù)據(jù)同時(shí)表明，如果在返回時(shí)還不能在磁頂層進(jìn)行減速，要到中間處才能得到較大減速力。就能實(shí)現(xiàn)快速減速，使其在大氣層外減到安全速度，再垂直進(jìn)入大氣層，這就決定它在星際間其有很大的實(shí)用價(jià)值。
超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)主要部分組成參數(shù)1.燃料電池選用氫燃料電池，其組比為3600瓦·時(shí)/公斤，單個(gè)電壓為0.8-0.95伏，那么，要產(chǎn)生電壓最大為180伏，則須把200個(gè)電池串聯(lián)，如須產(chǎn)生103A電流，則總電池重為50公斤，輸出功為180千瓦。
2.超導(dǎo)線選用T＞21K，抗磁強(qiáng)度為3T，及使用電流可達(dá)到2.5×106A/cm2的超導(dǎo)材料。
當(dāng)選用導(dǎo)線長(zhǎng)(有效部分)為2×104m時(shí)，導(dǎo)線電流為103A(即超導(dǎo)截面為4×10-4cm2)。由F＝BIL B為地球磁場(chǎng)強(qiáng)度，即為0.5×10-4T.
F＝0.5×10-4×103×2×104＝1000kg即在地面附近產(chǎn)生一噸最大推力。
這時(shí)，由于導(dǎo)線僅為有效部分長(zhǎng)度，其實(shí)長(zhǎng)度約為4.8×104m，總重量為80kg。支承材料選用鋰鎂合金、重量為70kg，另外液氫和罐體和液氧約為350公斤。(其中燃料電池重量50kg)這樣最大可輸出500公斤力。
3.氫在發(fā)動(dòng)機(jī)中起兩個(gè)重要作用，一個(gè)是用作燃料，二是用來(lái)冷卻超導(dǎo)線，因?yàn)樗鼈兊姆悬c(diǎn)為20.4k(在12.8個(gè)大氣壓下)，并且它的比熱很大，在氣化時(shí)須吸收大量熱量。這樣它可以通過(guò)釋放氫氣作燃料來(lái)吸收熱傳導(dǎo)的熱量，保持線圈內(nèi)的溫度在超導(dǎo)狀態(tài)下。
4.其最大運(yùn)動(dòng)速度為V＝ε/BL＝180/0.5×10-4×2×104＝180米/秒(也就是說(shuō)在地球近地點(diǎn)空中B＝0.5×104T的條件下，做垂直脫離地球運(yùn)動(dòng)的最大速度)。如果在磁場(chǎng)0.5×10-8狀態(tài)下，其運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)1.8×106米/秒。
權(quán)利要求
1.發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)超導(dǎo)封閉外磁場(chǎng)使通電導(dǎo)線產(chǎn)生單向推力的原理。
2.發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載調(diào)控系統(tǒng)。
3.液氫冷卻法。
4.發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜受力使用法。
5.高速運(yùn)動(dòng)利用外磁場(chǎng)減速法。
全文摘要
此發(fā)明涉及一種用于航空航天的發(fā)動(dòng)機(jī)。它主要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的線圈電流與地球磁場(chǎng)作用產(chǎn)生一種推力來(lái)達(dá)到運(yùn)動(dòng)目的。它具備能源供應(yīng)系統(tǒng)、推力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、調(diào)控系統(tǒng)四大系統(tǒng)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是1、消耗能量少，在懸停時(shí)可以不消耗能量，在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，只須用于維持運(yùn)動(dòng)所須電壓，其能量損耗主要來(lái)自電源內(nèi)部。由于使用燃料電池，所以能保護(hù)環(huán)境；而且它不具有高速運(yùn)動(dòng)部分，在工作時(shí)沒(méi)有聲音發(fā)出，所以不存在噪音。
文檔編號(hào)H02K55/00GK1445912SQ02126768
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者趙翼華 申請(qǐng)人:趙翼華