船舶交流超导磁流体推进技术研究

摘要

船舶磁流体推进技术自从提出以来就受到人们的广泛关注。这种推进器主要是利用海水中的电流与磁场间的相互作用关系使海水运动，其反作用力来推动船舶前进的一种新型推进方式。由于该推进方式没有螺旋桨及其它的传动装置等，因此具有着高速、安静、操纵容易、布局灵活等优点，在21世纪的特种船舶推进技术上将占有一席之地。 论文详细的介绍了船舶推进技术和磁流体推进技术的发展历程，同时也对近段时间以来国内外在磁流体推进技术上的研究进展做了详细的阐述。对现有船舶磁流体推进器的类型进行了详细的归纳，分析了超导磁流体推进器船舶的系统组成，并研究了磁流体推进器船舶的总体设计方法。指出了在现阶段船舶磁流体推进技术在超导磁体、低温制冷等方面存在的主要技术问题。 本文针对交流磁流体推进器内存在的磁场强度不足问题提出了将高温超导磁体应用于船舶磁流体推进器上的设想，并提出了对磁流体推进器的超导磁体保护系统的设计。对磁流体推进器内超导磁体的失超检测、失超保护、以及超导磁体的制冷系统进行设计，以保证使用高温超导磁体的磁流体船舶能够稳定运行。设计了基于电压测法的磁体失超检测电路以及主动保护和被动保护相结合的超导磁体失超保护方法，随后对高温超导磁体的制冷系统进行设计。在对直流内磁式磁流体推进器的基本方程、流体连续性方程和运动方程数学模型建立的基础上，对交流磁流体推进器进行数学建模研究并给出边界条件，并对推进器的稳态运行进行分析。然后基于粒子群算法对交流磁流体推进器进行控制器设计。最后对船舶磁流体推进器的斯图尔特数、电磁参数、雷诺数以及磁场频率等参数的影响下，交流磁流体推进器稳态运行时的状态进行仿真与分析，然后对控制器控制效果进行仿真，对仿真结果进行分析研究，其仿真结果表明具有较好的控制效果。 论文对于高温超导磁流体推进器的超导磁体保护方法进行设计，对超导磁流体推进稳态运行仿真的分析结果，对于今后交流超导磁流体推进器的进一步实用化打下了基础。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景及意义

1．2船舶推进方式的研究和发展状况

1．3国内外船舶磁流体推进的研究现状

1．3．1磁流体推进原理性研究

1．3．2磁流体推进技术的应用基础研究

1．3．3磁流体推进技术的实用化研究

1．4磁流体推进系统的分类

1．4．1直流磁流体推进器

1．4．2交流磁流体推进器

1．5课题的主要研究内容及工作安排

第2章船舶交流超导磁流体推进系统设计研究

2．1引言

2．2交流超导磁流体推进原理

2．2交流超导磁流体推进船舶的系统组成

2．2．1船舶系统的主要构成

2．2．2磁流体推进系统的主要构成

2．2．3磁流体推进船舶的设计

2．3交流超导磁流体推进船舶的关键技术分析

2．3．1超导磁体系统

2．3．2低温制冷系统

2．3．3载流海水电导率

2．4本章小结

第3章交流超导磁流体推进器数学模型

3．1引言

3．2交流超导磁流体推进器数学模型

3．2．1磁流体推进器电磁方程

3．2．2磁流体推进器连续性方程

3．2．3磁流体推进器流体运动方程

3．2．4交流超导磁流体推进器数学模型

3．3交流超导磁流体推进器稳态运行分析

3．4交流超导磁流体推进器控制器设计

3．5本章小结

第4章交流超导磁流体超导磁体保护方法设计

4．1引言

4．2交流超导磁流体超导磁体设计

4．3交流超导磁流体超导磁体失超监测方法设计

4．3．1超导磁体失超原因

4．3．2超导磁体失超检测方法设计

4．4交流超导磁流体超导磁体失超保护方法设计

4．4．1失超保护方法分类

4．4．2超导磁体失超保护方法设计

4．5交流超导磁流体超导磁体制冷系统

4．5．1超导磁体冷却剂选择

4．5．2制冷保护系统设计

4．6本章小结

第5章交流超导磁流体推进器仿真与分析

5．1引言

5．2仿真算法设计

5．3斯图尔特数对推进器运行的仿真结果分析

5．4雷诺数对推进器运行的仿真结果分析

5．5电磁参数对推进器运行的仿真结果分析

5．6相角频率对推进器的影响仿真结果分析

5．7磁流体推进器控制器设计仿真结果分析

5．8本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢