一种静音高效灵活可转向的新型磁流体推进器的制作方法

1.本实用新型涉及海上船舶推进器领域，具体来说是一种静音高效灵活可转向的新型磁流体推进器。


背景技术：

2.在水上作业的动力学方面，一直以来大多数的船舶推进器采用机械组装的推进器，它依靠螺旋桨、齿轮、转轴等机械零件相互配合，具有结构精细、操作灵活、机动性能好、推进功率大等特点。然而，由于机械零件本身固有的磨损、腐蚀问题，以及各部件之间采用的是刚性连接，极易在工作时产生噪音和振动，甚至脆性断裂。螺旋桨在长时间使用后，在桨片的尖端会产生气泡和更多的振动，而螺旋桨的振动噪声和空泡现象使推进器的效率进一步降低，从而限制了船速的提高。
3.随着磁流体推进器研究更加深入，利用电磁力作为新的动力有着重要的指导意义。磁流体推进是利用导电流体中电流和磁场间的相互作用力使导电流体运动而产生推力的一种推进方式。这种方式把导电流体作为导电体，利用磁体在腔体通道中建立磁场，当导电流体受外界电场作用产生电流，通电流体在磁场中运动，且运动方向与磁场方向不同，会受到洛伦兹力的作用产生推力。
4.如图1所示，电磁力f的方向按照左手定则确定，食指指向表示磁场b方向,中指指向表示电流i方向，即电流密度j,则大姆指指向就是电磁力f的方向。导电流体受力时沿电磁力的方向运动，其反作用力即推力，推进航行器运动。改变电流的大小和方向，可以相应改变电磁推力的大小和方向，航行器运动的方向也随之改变。现有磁流体推进器需要解决的是推进效率低下的问题。


技术实现要素：

5.针对现有机械组装推进器的不足之处，本实用新型提出一种静音高效灵活可转向的新型磁流体推进器，可以在船舶、潜艇的航行动力以及各种海上作业的推动力等领域得到一定的应用和延伸。
6.本实用新型磁流体推进器，包括由前端整流罩、尾端整流罩、腔体、引线罩组成的外壳，以及腔体内部周向安装的磁体与电极。
7.其中，前端整流罩、腔体、尾端整流罩由前至后同轴相接，内部形成导电流体流动通道。
8.磁体位于上下相对位置，电极位于左右相对位置；且电机通过腔体内壁开口与导电流体流动通道相通；通过外壁开口与腔体上安装的引线罩内部相通。
9.由此，通过为电极片通电时产生电场安培力，与磁体产生的磁场交互，产生沿前端整流罩到尾端整流罩方向的洛伦兹力，此洛伦兹力推动周围水流运动，当激励电流或电压相反时，反作用力推动水下装置沿相反方向运动。
10.上述尾端整流罩末端通过设计球窝与喷嘴前端设计的球头结构配合球铰连接，通
过调节喷嘴与尾部整流罩轴线间的夹角，可改变喷嘴前端喷口的朝向，当洛伦兹力推动周围水流动时，可改变由喷口喷出的水流流向，从而实现推进器的转向。
11.本实用新型的优点在于：
12.1、本实用新型磁流体推进器，无任何机械转动部件，大大降低了由此引起的机械噪声，提供了高要求的隐蔽性和安静性；
13.2、本实用新型磁流体推进器，取消了常规螺旋桨、喷水推进等的转动机构，大大降低了额外的振动，改善了行进对象的环境；
14.3、本实用新型磁流体推进器，流线型结构设计，前尾部整流罩采用聚四氟乙烯材料，封闭式结构，实现了整流排水、防水耐腐、寿命高的特点；
15.4、本实用新型磁流体推进器，利用电磁力动力输出装置是相对静止的，不用受机械转动机构功率的限制，且采用性能优异的材料——钕铁硼磁体和石墨电极，产生更大的推动力、转化的效率更高，可以用作超大功率高速舰船的动力装置；
16.5、本实用新型磁流体推进器，安装方式灵活、操作简单、利用电场和磁场的耦合来改变推进方向较为容易，提高了舰船的操纵性能以及灵活性；
17.6、本实用新型磁流体推进器，可以多个并用，实现工作效率的有效叠加；
18.7、本实用新型磁流体推进器，在水下巡航、交通、监测领域具有广阔的应用前景，可以在船舶、潜艇的航行动力以及各种水上作业的推动力等领域得到一定的应用和延伸。
附图说明
19.图1磁流体推进器基本原理及电磁力方向示意图。
20.图2为本实用新型磁流体推进器整体结构示意图。
21.图3为本实用新型磁流体推进器中前端整流罩结构示意图。
22.图4为本实用新型磁流体推进器中腔体内部开槽结构示意图。
23.图5为本实用新型磁流体推进器中尾端整流罩结构示意图。
24.图6为本实用新型磁流体推进器中喷嘴结构示意图。
25.图中：
26.1-前端整流罩
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2-尾端整流罩
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3-腔体
27.4-引线罩
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301-左腔室
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302-右腔室
28.5-喷口
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201-内球形滑动结构
29.303-上腔室
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304-下腔室
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305-走线孔
30.501-外球形滑动结构
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
32.本实用新型磁流体推进器，整体外壳包括前端整流罩1、尾端整流罩2、腔体3、引线罩4与喷嘴5。如图2所示；且其中腔体3内部还开槽安装磁体与电极片。
33.所述前端整流罩1与腔体3均为矩形筒状结构，且两者内部设计为矩形截面通道，截面尺寸相等，如图3、图4所示。尾端整流罩2为锥筒结构，且设计尾端整流罩2内部通道由前至后的截面逐渐减小，如图5所示，同时在尾端整流罩2末端设计有球窝结构201，用于安
装喷嘴5，如图6所示，喷嘴5通过其前端设计的球头结构501与该球窝结构201配合，实现喷嘴5与尾端整流罩2末端间的球铰连接。
34.上述前端整流罩1、腔体3、尾端整流罩2由前至后同轴相接，相接面间通过胶粘剂粘接固定，形成推进器整体外壳，内部形成导电流体流动通道。前端整流罩设计为面积大的进水口(矩形截面)，能吸入更多流体。尾端整流罩采用收口式结构(半径减小的圆形截面)，出水口处的面积减少，从而获得更大的流速，产生更强的推动效果。本实用新型中，前端整流罩1、尾端整流罩2、腔体3均为聚四氟乙烯材料，前端整流罩1与腔体3外表面周向上齐平，且各部分边角位置均圆滑过渡，以减少推进器在流体中运动的阻力。
35.如图4所示，所述腔体3周向四面侧壁上设计有矩形截面腔室；其中，左右侧壁上的矩形截面腔室分别为左腔室301与右腔室302，两者在腔体3纵截面左右两侧位置对称。上下侧壁上的矩形腔室分别为上腔室303与下腔室304，两者在腔体横截面两侧对称。且上述四个腔室与腔体3前侧面相通，便于内部部件的插入。
36.所述内部部件包括电极片与电磁铁。其中，左腔室301与右腔室302内部用来插入电极片，左腔室301与右腔室302尺寸与所插入的电极片尺寸相同，电极片在腔室内的周向移动通过腔室侧壁限制，前后方向的移动由前端整流罩1后侧面与腔室后侧面限制，保证电极片在腔室内部的固定，不会产生晃动；且电极片侧面平行于腔体3的左右侧壁。左腔室301与右腔室603内的电极片通过腔体3左右侧壁的内壁面上设计的等尺寸的矩形镂空与导电流体流动通道相通，进而使电极片与导电流体流动通道内的导电流体直接接触，便于通电后导电流体在腔体内产生电流。同时在腔体3左右侧壁的外壁面上开有走线孔305，该走线孔305与腔室内的电极片相通，用于实现电极片的走线。上腔室303与下腔室304内部用于插入磁体，上腔室303与下腔室304尺寸与磁体尺寸相同，磁体在腔室内的定位方式与电极片相同，保证磁体在腔室内部的固定，不会产生晃动；且上腔室303与下腔室304内的磁体3侧面平行于腔体3的上下侧壁，密封置于腔室内与外界不接触，磁体的磁场方向与推进器的行进方向相垂直。
37.上述电极片采用石墨电极，形状为两块规则矩形薄板；磁体为永磁体磁块，采用钕铁硼磁性材料。
38.所述引线罩4为u形中空结构，倒置于腔体3顶部，内侧壁与腔体3顶部外壁面贴合。阴线罩4两端端部位于腔体3左右两侧的走线孔305处，使走线孔305与引线罩4的中空部分相通。引线罩4的中空部分用于排布电导线，两条电导线通过走线孔305与左右两侧电极片通过导电漆连接固定，同时两条导线与外接电源(交流电源或直流电源)相连接，通过调节电流大小和改变电极极性来控制推进器的运动速度和方向。
39.本实用新型磁流体推进器在应用方式为：通过外接电源为电极片通电时产生电场安培力，与磁体产生的磁场交互，根据左手定则，可以产生沿前端整流罩1到尾端整流罩2方向的洛伦兹力，此洛伦兹力推动周围水流运动，当激励电流或电压相反时，反作用力推动水下装置沿相反方向运动；且通过调节喷嘴5与尾部整流罩2轴线间的夹角，可改变喷嘴5前端喷口的朝向，当洛伦兹力推动周围水流动时，可改变由喷口喷出的水流流向，从而实现推进器的转向。