CN113775496A - 电磁流体旋涡动力装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种电磁流体旋涡动力装置，包括主进气道、副进气道和旋涡孔。其中副进气道分布在主进气道两侧，并有导流壁隔开，主、副进气道的侧壁之间有旋涡孔连通，形成一个连通的空间，主进气道的侧壁上装有电磁启动器和电磁推进器。当所述的动力装置启动工作时，电磁启动器和旋涡孔的结构可以使工作介质产生导电性，并产生相交的电磁与磁场，使工作介质受到洛伦兹力而流动；在副进气道的工作介质经过旋涡孔流进主进气道，并形成旋涡，再启动电磁推进器即可稳定持续工作。本发明的动力装置以电力作为工作能源，重量小、工作效率高、推力大，可以在含氧量较低的地域正常工作，并且适用范围广。

Description

电磁流体旋涡动力装置
技术领域
本发明涉及一种动力装置，特别涉及航空、航天以及船舶动力系统的一种电磁流体旋涡动力装置。
背景技术
在现行的航空及航天发动机中大多使用的能源为化学燃料，工作时会产生高温高压，对发动机叶片性能的要求非常高，导致发动机研发周期拖长；化学燃料的燃烧效率也成为问题，而且大量叶片等设备装进发动机内才可以正常工作，造成发动机的重量大，影响了飞行器的整体性能；且在特定的地域氧气含量低，造成点火困难，就难以启动工作。
为了克服上述缺陷，本发明的电磁流体旋涡动力装置则可以使用电力启动工作，内部不装叶片等其他设备，从而降低所述装置的重量，使飞行器可以获得更好的性能；同时所述装置不局限应用于飞行器，还可以应用于船舶动力系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电磁流体旋涡动力装置，从原理上改变动力装置的工作方式，内部不用再安装叶片等设备，从而降低动力装置的重量，也可以提高推力，最终提高飞行器的整体性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电磁流体旋涡动力装置，包括主进气道、副进气道和旋涡孔。所述的动力装置以流体为工作介质，分别通过主进气道和副进气道进入动力装置内部，并在相交的电场与磁场共同作用下，产生洛伦兹力，并使工作介质按照流入的方向从动力装置的末端流出，从而给予动力装置向前的推动力。当工作介质为海水的时候，由于海水本身拥有导电性，动力装置内部只需要提供相交的电场与磁场，在通电的状态下即可工作；当工作介质为气体的时候，由于气体一般不具有导电性，所以需要给这种气体创造可导电的条件，可以是往气体中添加离子或使气体发生电离，例如采用尖端产生高压使气体电离，最后动力装置内部提供相交的电场与磁场，在通电的状态下即可工作。
由于进入动力装置内部的工作介质还有很大一部分粒子是呈电中性，就会影响工作介质受到的推力会低于洛伦兹力的理论计算值，所以通过在动力装置内部产生旋涡来提高工作介质的运动速度，在高速旋转的状态下增强粒子之间的碰撞几率，带电粒子受到洛伦兹力所产生的动量就传递给中性粒子，从而使工作介质整体受到洛伦兹力的作用效果提高，最终也提高了动力装置的推力。
旋涡的形成原理及其强度控制的数理依据如下：
假设某空间中存在一个速度场
Figure BSA0000236202030000021
对这个速度场求旋度可得：
Figure BSA0000236202030000022
由于质点的质量不为零，所以在上式中的分子分母同时乘以质量m，得
Figure BSA0000236202030000023
其中，ax、ay、az，vx、vy、vz，Fx、Fy、Fz，px、py、pz分别为质点的加速度
Figure BSA0000236202030000024
速度
Figure BSA0000236202030000025
所受的力
Figure BSA0000236202030000026
和动量
Figure BSA0000236202030000027
在x、y、z轴上的分量，t为时间。
因此，就可以得到流体的旋涡与质点的加速度和速度有关，又或者是与质点所受的力与动量有关，这就是旋涡的形成原理。
根据所述的旋涡形成原理，可以令工作介质流入的方向为z轴正方向，需要形成的旋涡旋转方向与z轴平行，则可以在主进气道的两侧开孔，并使工作介质按照所述的旋涡等式①或②进行控制，最终在主进气道内形成旋涡。
所述的动力装置，主进气道1的侧壁装有电磁启动器2和电磁推进器3，并且电磁启动器2靠近主进气道1的入口，电磁推进器3接着安装在电磁启动器2之后。
所述的动力装置，副进气道4分布在主进气道1的两侧。
所述的动力装置，旋涡孔5在主进气道1与副进气道4之间，并连通这两个区域。
所述的动力装置，导流壁6分布在主进气道的两侧，并与副进气道4相互镶嵌在一起。
所述的动力装置，电磁启动器2、电磁推进器3和旋涡孔5中的结构可以产生相交的电场与磁场，当工作介质为气体的时候，电磁启动器2与旋涡孔5中的结构还可以使工作介质产生导电性。
本发明的优点是：以电力作为工作能源，重量小、工作效率高、推力大，可以在含氧量较少的地域正常工作，并且适用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构A-A剖视图。
图2是本发明的结构旋涡孔单侧分布图。
图3是本发明的结构B-B剖视图。
在图中：1、主进气道；2、电磁启动器；3、电磁推进器；4、副进气道；5、旋涡孔；6、导流壁。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。
请参见图1和图2所示，本发明的电磁流体旋涡动力装置，由主进气道、副进气道和旋涡孔三个结构组成。副进气道4处在主进气道的两侧，并与导流壁6相互隔开，且相互镶嵌在一起形成管状；主进气道1和副进气道4由旋涡孔5连通；主进气道1的侧壁上装有电磁启动器2和电磁推进器3；电磁启动器2、电磁推进器3和旋涡孔5都可以在安装的区域产生相交的电场与磁场，当工作介质为气体的时候，电磁启动器2和旋涡孔5还可以使工作介质产生导电性。
在本实施例中，当工作介质为气体的时候，先启动电磁启动器2和旋涡孔5上的结构，可以使工作介质产生离子，从而带有导电性，并在电场与磁场的共同作用下产生洛伦兹力，导致工作介质分别从主进气道1和副进气道4流入动力装置内部，完成了点火启动工作。由于工作介质需要维持导电性，所以使工作介质产生离子是随着动力装置工作一直在进行的步骤；处在导流壁6附近的流体会随着动力装置工作而流入副进气道4，从而成为工作介质。
接着根据所述的旋涡形成原理，通过控制一侧并排两个旋涡孔5上的结构，使工作介质产生不同的流速，由于流速不同的同一流体会产生压力差，所以两束工作介质会产生切向推力，方向也会产生偏转；另一侧的旋涡孔5上的结构通过同样方式控制，使工作介质的流动方向偏向中心的另一侧，因此逐渐形成旋涡。
然后启动电磁推进器3，当工作介质流动到电磁推进器3所在区域的时候，由于电磁启动器2与旋涡孔5上的结构已经在工作介质中产生了离子，工作介质已经拥有了导电性，电磁推进器3只需要施加相交的电场与磁场就可以对工作介质产生洛伦兹力，维持正常的工作产生推力。
本发明的电磁流体旋涡动力装置的其他具体实施例，为了可以适应不同的使用需求，壳体的形状可以做出相应的改变，对于电磁启动器2和旋涡孔5上的结构是否还需要使工作介质产生导电性的作用也可以做出取舍，必要时电磁启动器2与电磁推进器3也可以连成一体，并且位置也可以做出改动，旋涡孔5的数量、大小、位置及形状也可以做出相应的调整，还有导流壁的形状也可以根据工作环境的变化做出有利于流体流动的改变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电磁流体旋涡动力装置，包括主进气道、副进气道和旋涡孔，其特征在于：主进气道(1)的侧壁上装有电磁启动器(2)和电磁推进器(3)；副进气道(4)分成两部分，中间被导流壁(6)隔开，相互镶嵌在一起，并分布在主进气道(1)的外侧：主进气道(1)与副进气道(4)由旋涡孔(5)连通；作为工作介质的流体会分别从主进气道(1)和副进气道(2)进入所述的动力装置内部，且从副进气道(4)流入的工作介质会经过旋涡孔(5)流入主进气道(1)，并形成旋涡；旋涡的大小和方向可以根据等式①或②计算和控制，公式如下：
Figure FSA0000236202020000011
Figure FSA0000236202020000012
其中，ax、ay、az，vx、vy、vz，Fx、Fy、Fz，px、py、pz分别为质点的加速度
Figure FSA0000236202020000013
速度
Figure FSA0000236202020000014
所受的力
Figure FSA0000236202020000015
和动量
Figure FSA0000236202020000016
在x、y、z轴上的分量。
2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于：电磁启动器(2)的结构使工作介质产生导电性，并使安装的区域还可以产生相交的电场与磁场。
3.根据权利要求1的动力装置，其特征在于：电磁推进器(3)的结构在安装的区域产生相交的电场与磁场。
4.根据权利要求1的动力装置，其特征在于：旋涡孔(5)位于主进气道(1)与副进气道(2)之间的侧壁上，且装有一结构，使工作介质产生导电性，并使安装的区域产生相交的电场与磁场。
5.根据权利要求1的动力装置，其特征在于：副进气道(4)的末端为封闭结构。
6.根据权利要求1的动力装置，其特征在于：导流壁(6)为封闭结构，当所述动力装置工作的时候，使工作介质从导流壁(6)附近流向副进气道(4)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022183920A1 (zh) * 2021-03-01 2022-09-09 陈晓彬 电磁流体旋涡动力装置
WO2023116520A1 (zh) * 2021-12-25 2023-06-29 陈晓彬 螺旋推进式发射航天器的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1271729A (fr) * 1960-08-18 1961-09-15 Thomson Houston Comp Francaise Système accélérateur de plasma
US4866929A (en) * 1988-03-09 1989-09-19 Olin Corporation Hybrid electrothermal/electromagnetic arcjet thruster and thrust-producing method
JPH05240143A (ja) * 1991-11-04 1993-09-17 Boris A Arkhipov クローズド電子ドリフトを備えたプラズマ加速器
US20050237000A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Zhurin Viacheslav V High-efficient ion source with improved magnetic field
US20060150611A1 (en) * 2005-01-13 2006-07-13 Lockheed Martin Corporation Systems and methods for plasma propulsion
CN103003060A (zh) * 2010-04-30 2013-03-27 叶片动力学有限公司 模块式结构复合梁
CN104265590A (zh) * 2014-08-26 2015-01-07 北京航空航天大学 一种多孔阴极附加场磁等离子体动力推力器
CN107882702A (zh) * 2017-10-24 2018-04-06 哈尔滨工业大学 拉法尔喷管式磁约束空心阴极
JP2018127917A (ja) * 2017-02-07 2018-08-16 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ホールスラスタ
CN110513260A (zh) * 2019-09-27 2019-11-29 哈尔滨工业大学（深圳） 一种射频等离子体推进器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2960614A (en) * 1956-03-19 1960-11-15 George E Mallinckrodt Electric jet-forming apparatus
US2997013A (en) * 1958-07-18 1961-08-22 Carl E Grebe Propulsion system
DE1964265A1 (de) * 1969-12-22 1971-06-24 Messerschmitt Boelkow Blohm MHD-Generator
DE3924996A1 (de) * 1989-07-28 1991-02-07 Laukien Guenther Verfahren und vorrichtung zum antreiben von wasserfahrzeugen
US5211006A (en) * 1991-11-12 1993-05-18 Sohnly Michael J Magnetohydrodynamic propulsion system
US5333444A (en) * 1993-02-11 1994-08-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Superconducting electromagnetic thruster
US6079345A (en) * 1998-06-19 2000-06-27 General Atomics System and method for controlling the flow of a conductive fluid over a surface
US20160377029A1 (en) * 2013-03-15 2016-12-29 Richard H. Lugg Helicon yield plasma electromagnetic ram-scramjet drive rocket ion vector engine
CN103939216B (zh) * 2014-04-29 2015-01-14 南京航空航天大学 采用组合式口面旋涡控制方法的埋入式进气道
CN106286179A (zh) * 2016-10-14 2017-01-04 楚龙飞 吸气式离子发动机
CN109572972B (zh) * 2018-11-27 2020-01-17 中科磁凌（北京）科技有限公司 一种磁流体推进器
CN109655271B (zh) * 2018-12-27 2019-12-20 南京航空航天大学 一种单对超声速流向旋涡发生装置
CN110985208B (zh) * 2019-12-16 2021-09-24 南京航空航天大学 一种基于等离子体涡流发生器内转式进气道组件及控制方法
CN111361720B (zh) * 2020-03-26 2021-02-02 中国科学院电工研究所 一种一体化磁流体推进器
CN112407217A (zh) * 2020-11-09 2021-02-26 解永安 一种磁流体推进器
CN113775496A (zh) * 2021-03-01 2021-12-10 陈晓彬 电磁流体旋涡动力装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1271729A (fr) * 1960-08-18 1961-09-15 Thomson Houston Comp Francaise Système accélérateur de plasma
US4866929A (en) * 1988-03-09 1989-09-19 Olin Corporation Hybrid electrothermal/electromagnetic arcjet thruster and thrust-producing method
JPH05240143A (ja) * 1991-11-04 1993-09-17 Boris A Arkhipov クローズド電子ドリフトを備えたプラズマ加速器
US20050237000A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Zhurin Viacheslav V High-efficient ion source with improved magnetic field
US20060150611A1 (en) * 2005-01-13 2006-07-13 Lockheed Martin Corporation Systems and methods for plasma propulsion
CN103003060A (zh) * 2010-04-30 2013-03-27 叶片动力学有限公司 模块式结构复合梁
CN104265590A (zh) * 2014-08-26 2015-01-07 北京航空航天大学 一种多孔阴极附加场磁等离子体动力推力器
JP2018127917A (ja) * 2017-02-07 2018-08-16 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ホールスラスタ
CN107882702A (zh) * 2017-10-24 2018-04-06 哈尔滨工业大学 拉法尔喷管式磁约束空心阴极
CN110513260A (zh) * 2019-09-27 2019-11-29 哈尔滨工业大学（深圳） 一种射频等离子体推进器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022183920A1 (zh) * 2021-03-01 2022-09-09 陈晓彬 电磁流体旋涡动力装置
WO2023116520A1 (zh) * 2021-12-25 2023-06-29 陈晓彬 螺旋推进式发射航天器的方法

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