关于磁悬浮飞行器的设想和探索.ppt

1、2020/8/9,1,关于磁悬浮飞行器的设想和探索,郑东 PB03203171 理学院物理四班 指导老师：秦敢 2005.1.2,2020/8/9,2,磁悬浮飞行器,问题的由来： 磁悬浮列车受限 预先架设固定轨道 费用庞大 科幻影视的启发,2020/8/9,3,2020/8/9,4,2020/8/9,5,本文进行了三种不同的尝试,利用载流线圈在不均匀地磁场中受合力不为零 利用超导体的完全抗磁性 电磁推进,2020/8/9,6,利用地磁场的不均匀性,载流线圈在非均匀地磁场中受力,简化模型：地球均匀极化球， 沿地轴方向。 磁荷法计算地表某点的 及其对X，Y，Z三个方向的导数,2020/8/9,7,

2、地球的磁极化强度,则地表一点的磁荷密度,给出部分公式如下（其他可参阅附录）：,2020/8/9,8,估算地表某载流线圈的受力：不妨取北纬45，东经0的点，则该点坐标,又B=0.5G，由此可推算出,估计参数值,用Mathematica 进行数值积分，结果如下：,2020/8/9,9,求线圈所受力,代入 表达式，有,而径向力（即垂直地球表面的力）,2020/8/9,10,设线圈半径a=10cm，导线直径d=0.5mm，密度 =8.9g/cm3。当线圈重力与安培力平衡时，,因为,电流过大！,2020/8/9,11,超导体的磁悬浮,迈斯纳效应 估算超导体在地磁场中受的力,2020/8/9,12,迈斯纳

3、效应,迈斯纳效应：超导体的完全抗磁性，超导体内部 磁感应线被排斥到外部，故,（V为超导体的体积）,2020/8/9,13,则径向力（即垂直地球表面的力）,假设超导体受到的磁力等于重力，则,借用前面的理论推导，并数值计算得：,2020/8/9,14,失败原因分析： 地磁场只是一个局部近似均匀的弱场，利用它来进行磁悬浮飞行是不现实的！ 探索新途径 由作用力与反作用力原理，利用空气的反推力是一种可以接受的手段。,2020/8/9,15,电磁推进,导引 理论分析,2020/8/9,16,船的推进系统装有电磁铁，装在该船浮筒的水筒前部。海水流入水筒，带电的电极便在水中产生电流。这些磁铁产生的磁场同这一电

4、流相互作用，产生的磁力使水流从水筒的末端高速喷出，产生动力。,由电磁推进船想到的：,2020/8/9,17,设想飞行器用类似的方法来提供动力,其中I为空气导电的电流，l为电极正负极间距，B为超导电磁铁产生的磁感应强度，m为飞行器质量。令l=1m，B=20T，m=10kg，则,空气的击穿场强为25kv/cm，则击穿瞬时的功耗大约为,但事实上，空气一旦击穿，由于带电粒子在电场中作加速运动，可以与其他中性分子碰撞，使其电离，故只需开始时提供一击穿电压，以后便只需要维持一较低的电压便可使其正常工作。并且在高空中稀薄气体更易导电，所需功耗还可减小！,2020/8/9,18,展望：,海，陆，空三用交通工具,2020/8/9,19,2020/8/9,20,磁悬浮的目的没有达到，但经过分析知道了其中的缘由，并且发现了用电磁推进来实现飞行具有潜在的可能性。我们有理由相信：,明天会更好！,2020/8/9,21,谢谢大家,2020/8/9,22,参考资料,超导物理学 章立源等著 电子工业出版社 1995.5 超导物理基础 伍勇等编著 北京大学出版社 1997 超导高技术的突破口 (日)太刀川恭治,户叶一正著 化学工业出版社 1992.5 地磁学 苏.扬诺夫斯基著 地质出版社 1982 符号计算系统Mathematica教程 张韵华编著 科学出版社