關(guān)于磁懸浮飛行器的設(shè)想和探索.ppt

2019/6/24,1,關(guān)于磁懸浮飛行器的設(shè)想和探索,鄭東 PB03203171 理學(xué)院物理四班 指導(dǎo)老師：秦敢 2005.1.2,2019/6/24,2,磁懸浮飛行器,問題的由來(lái)： 磁懸浮列車受限 預(yù)先架設(shè)固定軌道 費(fèi)用龐大 科幻影視的啟發(fā),2019/6/24,3,2019/6/24,4,2019/6/24,5,本文進(jìn)行了三種不同的嘗試,利用載流線圈在不均勻地磁場(chǎng)中受合力不為零 利用超導(dǎo)體的完全抗磁性 電磁推進(jìn),2019/6/24,6,利用地磁場(chǎng)的不均勻性,載流線圈在非均勻地磁場(chǎng)中受力,簡(jiǎn)化模型：地球均勻極化球， 沿地軸方向。 磁荷法計(jì)算地表某點(diǎn)的 及其對(duì)X，Y，Z三個(gè)方向的導(dǎo)數(shù),2019/6/24,7,地球的磁極化強(qiáng)度,則地表一點(diǎn)的磁荷密度,給出部分公式如下（其他可參閱附錄）：,2019/6/24,8,估算地表某載流線圈的受力：不妨取北緯45，東經(jīng)0的點(diǎn)，則該點(diǎn)坐標(biāo),又B=0.5G，由此可推算出,估計(jì)參數(shù)值,用Mathematica 進(jìn)行數(shù)值積分，結(jié)果如下：,2019/6/24,9,求線圈所受力,代入 表達(dá)式，有,而徑向力（即垂直地球表面的力）,2019/6/24,10,設(shè)線圈半徑a=10cm，導(dǎo)線直徑d=0.5mm，密度 =8.9g/cm3。當(dāng)線圈重力與安培力平衡時(shí)，,因?yàn)?電流過(guò)大！,2019/6/24,11,超導(dǎo)體的磁懸浮,邁斯納效應(yīng) 估算超導(dǎo)體在地磁場(chǎng)中受的力,2019/6/24,12,邁斯納效應(yīng),邁斯納效應(yīng)：超導(dǎo)體的完全抗磁性，超導(dǎo)體內(nèi)部 磁感應(yīng)線被排斥到外部，故,（V為超導(dǎo)體的體積）,2019/6/24,13,則徑向力（即垂直地球表面的力）,假設(shè)超導(dǎo)體受到的磁力等于重力，則,借用前面的理論推導(dǎo)，并數(shù)值計(jì)算得：,2019/6/24,14,失敗原因分析： 地磁場(chǎng)只是一個(gè)局部近似均勻的弱場(chǎng)，利用它來(lái)進(jìn)行磁懸浮飛行是不現(xiàn)實(shí)的！ 探索新途徑 由作用力與反作用力原理，利用空氣的反推力是一種可以接受的手段。,2019/6/24,15,電磁推進(jìn),導(dǎo)引 理論分析,2019/6/24,16,船的推進(jìn)系統(tǒng)裝有電磁鐵，裝在該船浮筒的水筒前部。海水流入水筒，帶電的電極便在水中產(chǎn)生電流。這些磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)同這一電流相互作用，產(chǎn)生的磁力使水流從水筒的末端高速噴出，產(chǎn)生動(dòng)力。,由電磁推進(jìn)船想到的：,2019/6/24,17,設(shè)想飛行器用類似的方法來(lái)提供動(dòng)力,其中I為空氣導(dǎo)電的電流，l為電極正負(fù)極間距，B為超導(dǎo)電磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，m為飛行器質(zhì)量。令l=1m，B=20T，m=10kg，則,空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為25kv/cm，則擊穿瞬時(shí)的功耗大約為,但事實(shí)上，空氣一旦擊穿，由于帶電粒子在電場(chǎng)中作加速運(yùn)動(dòng)，可以與其他中性分子碰撞，使其電離，故只需開始時(shí)提供一擊穿電壓，以后便只需要維持一較低的電壓便可使其正常工作。并且在高空中稀薄氣體更易導(dǎo)電，所需功耗還可減?。?2019/6/24,18,展望：,海，陸，空三用交通工具,2019/6/24,19,2019/6/24,20,磁懸浮的目的沒有達(dá)到，但經(jīng)過(guò)分析知道了其中的緣由，并且發(fā)現(xiàn)了用電磁推進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行具有潛在的可能性。我們有理由相信：,明天會(huì)更好！,2019/6/24,21,謝謝大家,2019/6/24,22,參考資料,超導(dǎo)物理學(xué) 章立源等著 電子工業(yè)出版社 1995.5 超導(dǎo)物理基礎(chǔ) 伍勇等編著 北京大學(xué)出版社 1997 超導(dǎo)高技術(shù)的突破口 (日)太刀川恭治,戶葉一正著 化學(xué)工業(yè)出版社 1992.5 地磁學(xué) 蘇.揚(yáng)諾夫斯基著 地質(zhì)出版社 1982 符號(hào)計(jì)算系統(tǒng)Mathematica教程 張韻華編著 科學(xué)出版社