Manyetik Propulsion Systems'de Thrust'ın Fiziki

Manyetik tahrik sistemleri, geleneksel kimyasal pervanelere veya mekanik bağlantılara güvenmeksizin hareket ettiğimizde bir paradigma değişikliği temsil eder. Yanmış yakıt veya dişli dişlilere rağmen, bu sistemler, manyetik alanların ve elektrikli akımların itmelerini sağlamak için temel etkileşimleri kullanır. Potansiyel uygulamalar, dünyanın dört bir yanındaki uzay yörüngesine doğru giden bir şekilde yol açan bir sonraki nesil uzay aracından gelen bir sonraki teknolojideki dönüşümleri anlamak, hatta gelecekteki herhangi bir araştırma ile ilgilenen ve hatta sessiz denizaltıları mümkün olan herhangi bir şekilde yönlendirmektir.

Thrust Generation'ın Temel Prensleri

Thrust, en basit tanımında, manyetik alanların elektrik suçlamalarıyla etkileşiminin veya hareket halinde ortaya çıkan kuvvet (şimdilik veya iyonize partiküllerin matematiksel temeli Lorentz kuvvetidir, klasik elektromagnetizm temelidir.

Lorentz Force ve onun Uygulama

Lorentz güç yasası, bir noktada şarj edilen gücü açıklar:0)q[DÜT:1) ile hareket eden güç, bir elektrik alanının varlığında [DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

[0]F = q (E + v × B)).

Çoğu manyetik tahrik sistemlerinde, elektrik alan bileşeni ([Dönetici:0) [Dönetici: 1), parçacığın hızına ve manyetik alana katkıda bulunan bir kuvvettir.Bu güç yönü, alanların ve suçlamaların yönlendirmesine bağlı olarak değişir.

Sürekli bir şarj parçacığının bir iletken aracılığıyla hareket ettiği için, Lorentz bireysel bir şarj üzerinde çalışır, iletken üzerinde bir makroskobuğa dönüşür. Bu fenomen, Laplace kuvveti olarak bilinen, şu şekilde verilir:

[FONT=0))[B)[B)[B)

[FONT=0)I[DÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Manyetik Kuvvet Oryantasyonlarının Pratik Etkileri

Manyetik gücün perpendicular doğası kritik bir kısıtlama getiriyor: Sürekli itme üretmek için sistem, göreceli hareket (dönüşümlü makinelerde olduğu gibi) veya bir kayaç veya akan orta kullanmak. Bu yüzden birçok manyetik tahrik sistemi doğal olarak lineer veya güçlü bir manyetik alanların hızlanması gerekir.

Manyetik Propulsion Systems

Tüm manyetik tahrik sistemleri aynı fiziksel kökleri paylaşırken, uygulamada önemli ölçüde farklılık gösterirler. Üç birincil kategori elektromanyetik tahrik, magnetohidrami (MHD) tahrik ve plazma tabanlı elektrik tahrikleri sunar. Her biri farklı operasyonel ortamlara uygun eşsiz avantajları ve ticaret-offlar sunar.

Elektromanyetik Proaktif

Elektromanyetik (EM) tahrik sistemleri, sağlam bir nesne veya armatürleri hızlandırmak için manyetik alan kullanır.En tanınmış örnekler demiryolu kanalları ve bant tabancaları olarak da adlandırılır (ayrıca Gaussss silahlarını da adlandırılır).Bir demiryolulu, iki paralel iletken raylı sistemler, büyük hızlarda yoğun bir şekilde yüksek akıma sahip olan, büyük raylı sistemler için cazip olan bir kayaçlar için cazip hale getirebilir.

Etiketgunlar, aksine, projeyle ilgili olarak kullanılan bir dizi elektromagnet bant kullanın, bantlılar aşınmayı azaltır ve raylı sistemlerden daha verimli çalışır.Bu, tam olarak onları yönlendiren projektör motorlar, maglev trenlerde yaygın olarak kullanılan (örneğin, Shanghai Transrap veya Japon Ch ⁇ Shinkansen) bu tür bir yolcunun sabitli hareket ettiği gibi hareket ettiği yüksek hızlı bir şekilde hareket eder.

Magnetohidrami (MHD) Propulsion

MHD propulsion sistemleri bir iletken sıvı hızlandırıyor -tipik olarak deniz suyu, sıvı metaller veya plazma - elektrik ve manyetik alanların geçişinin bir kombinasyonunu kullanarak.Anazorlular, uygulamalı manyetik alan için son derece zorlanan bir kuvvet yaratırlar.

Uzayda MHD ilkeleri, rüzgar tünelleri için plazma hızlandırıcılarda ve bazı füzyonla ilgili araştırmalarda kullanılır. Anahtar parametre elektrik iletkenliğidir: çalışma sıvısının iletkenliği, verilen bir giriş için daha büyük itkir, iletkenlik mütevazıdır, bu yüzden erken MHD gemileri pratik olarak büyük mıknatıslar gerekir.For plazma, iletkenlik çok daha yüksek olabilir, ancak plazmayı içeren ve kontrol eden plazma ek karmaşıklığı içeren.

Plazma-Based Electric Propulsion

Üçüncü büyük kategori, yüksek tahrikli bir gazın iyonize edilmesi ve ortaya çıkan plazmayı manyetik ve/veya elektrik alanları kullanarak hızlandırılması gereken elektrik tahrik sistemleridir.Bu sistemler öncelikle istasyon açma ve derin uzay görevleri için uzayda kullanılır, yüksek spesifik dürtüleri (belirli kütle açısından verimsiz) ve en yaygın hız türleri hızlanır.

Hall effect pushers, manyetik alana kadar manyetik alan kullanarak, itikatçılardan daha iyi bir güç tasarrufu sağlar, böylece ticari uydular için popüler bir hale getirir.Daha gelişmiş bir konsept, manyetik alan perpendicular tarafından manyetik alan tarafından hızlandırılır (VMR, NASA desteği ile gelişmiştir. VMR, yüksek çözünürlükte radyo dalgaları kullanır, o zaman manyetik düğüm için dönüştürür.)

Mühendislik Challenges and Innovations

Şık fizike rağmen, manyetik itkiler uygulanabilir mühendislik engelleri için pratik sistemlere sahiptir. Temel zorluklar yeterince güçlü manyetik alanlar üretiyor, gerekli olan muazzam elektrik gücünü yönetiyor ve Ohmic inefficiencies tarafından üretilen atık ısısını dağıtıyor.

Süperiletme Magnetleri

Neredeyse tüm yüksek performanslı manyetik tahrik sistemleri için, manyetik alan gücü, bu problemi kriyojenik sıcaklıklara göre çözmeli, elektriksel direnç sıfıra düşüren yüksek çözünürlükte (T) veya daha yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek ısıtlı ısılar için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (4.2K) ile sabit ısıtılır.

Güç Yönetimi ve Heat Dissipation

Manyetik alanlar aracılığıyla itme yapmak önemli elektrik gücü gerektirir. Örneğin, bir demiryolu endüstrisi, iki km /s'te bir kilogram enerji verimliliği gerektirir, ancak milisaniyeler için bu gücü talep edebilir, ancak termal enerji elektroniği, yüksek ısıtıcı olmayan enerji seviyelerinin megawattlara karşı nasıl kurtarılabilmesi için yüksek ısıtılması gerekir.

Scalability and System Entegrasyon

Laboratuar protestolarının operasyonel araçlar için manyetik tahrik, entegrasyon problemlerini çözmeyi gerektirir. Örneğin, MHD itkileri gemideki otobüs ve boş tahtayı etkileyen büyük, ağır mıknatıslara ihtiyaç duyar. Plazma itkileri, elektrot erozyonu olmadan on binlerce mıknatıslı süre boyunca çalışır. Railgun raylar birkaç atıştan sonra yükseltilmeli ve erimeli yasalarla dengelenebilir; Bu tür, yüksek çözünürlükte manyetik alan için yüksek çözünürlükte.

Future Path and Applications

Önümüzdeki gibi, manyetik tahrik sistemleri uzay araştırmalarında dönüştürücü roller oynamak, yüksek hızlı karasal taşıma ve deniz tahriki. Yeni malzemelerin yakınlaştırılması, kompakt güç kaynakları ve gelişmiş modelleme tekniklerinin hızlanması bekleniyor.

Uzay Keşifleri

Yüksek güç elektrik tahriki, 30-100 kW aralığındaki Hall itikatını geliştirmeyi amaçlar. VASIMR, başarılı bir şekilde Mars'a ve diğer ülkelere seyahat süresi kesebilirse, manyetik nozulların kullanımını da dışsal olmayan uzaylarda manyetik alanlarla etkileşime sokabilir.

Yüksek Hızlı Zemin Taşıma

Maglev trenleri zaten Çin, Japonya ve Güney Kore'de ticari olarak faaliyet gösteriyor, ancak gelecekteki sistemler, süper iletken elektromagnetleri kullanarak 600 km/h'yi hedefliyor ve tahliye edilmiş tüpler (Hyperloop benzeri kavramlar). Japon kılavuzluk altyapısı ve manyetik sürüklenme yüksek hızlarda yüksek hızlarda yüksek ısıtıcı malzemelere sahip.

Deniz Kuvvetleri

MHD iterleri, askeri denizaltılar ve araştırma gemileri için sessiz, vibrasyonsuz tahrik vaatlerini sunar.Ücretsiz MHD itkanlar, gümüş dozlu YBCO süper iletkenleri kullanarak deneyler yapmış olabilir. MHD gemileri minimum süper iletkenlik ile 10 T'un üzerindeki manyetik alanlara ihtiyaç duyar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Manyetik tahrik sistemlerine itme fizik iyi düşünülmüş elektromanyetik teoriye dayanıyor, ancak pratik gerçekleştirme mühendislik sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Lorentz güçten şarj edilen parçacık partikülleri büyük ölçüde entegre etmek için, her bileşen tasarlanmış çevre için optimize edilmelidir.