PDF《低温推进剂液体火箭发动机超导电磁 泵压循环系统初步设想》

2 超导电磁泵 超导电磁泵是系统中的一个关键部件 ,图2是其外形及结构示意图.电流从超导电磁泵的两个电 极输入 ,驱动超导电磁泵工作. 图2超导电磁泵示意图 Fig.

2 Superconductor electromagnetic pump schematic drawing 超导电磁泵的内部有两个主要部件 ,一个是超 导线圈 ,另一个是叶轮.超导线圈通电后为超导电 机的工作提供强大的磁场.叶轮一方面是泵的叶 轮 ,同时也是超导电机的转子.叶轮采用超导材料 制成 ,或者叶轮的结构材料中嵌有超导材料制成了 超导电路.图2中的黑色箭头指示的路径是超导电 磁泵中的电流流动方向 ,启动电源或磁流体发电装 置传递过来的电流通过超导线圈上的接线电极进入 超导线圈 ,再通过二者之间相互接触的电极刷进入 叶轮 ,在叶轮中沿径向流动 ,再由轴端回到电源负 端 ,形成完整的电流通路. 电流流经超导线圈的时候在泵内的空间中产生 一个沿叶轮轴向的磁场 ,磁力线垂直穿过叶轮平面. 而流经叶轮内部的电流是从叶轮的轮缘沿径向流向 叶轮轴 ,方向基本上与磁力线方向垂直.电流在磁 场中受力 ,对叶轮产生一个转动的力矩 ,叶轮转动起 来 ,超导电磁泵开始工作. 由于超导电磁泵输运的物质是液氢或者液氧 , 和推进剂直接接触的叶轮和超导线圈都是工作在低 温的环境中 ,这样可以使超导线圈和叶轮中的超导 材料一直处于超导状态. 1.

3 磁流体发电装置 超导电磁泵压循环系统中另一个重要的部分就 是磁流体发电装置.它利用磁流体发电的原理从火 箭发动机内部的高温高速燃气中提取部分能量以用 来驱动超导电磁泵.磁流体发电装置布放的位置很 重要 ,初步考虑布置在发动机喉部 ,发动机喉部这里 则兼顾了气流速度和温度两方面的优势.但这同时 也使发动机喉部的冷却增加了难度. 发动机喉部相对的位置上安装了一对石墨电 极 ,而电极垂直方向上则需要一个强大的磁场 ,如果 单独设置超导线圈来励磁 ,从发动机的结构以及低 温环境的保证上都会比较困难.为了解决这个问 题 ,进行了如图

3 中的布置 ,把发动机的氢泵和氧泵 (或者都是氢泵) 放置在电极垂直的位置上.发动机 工作时 ,超导电磁泵内部的超导线圈为叶轮转子提 供磁场 ,同时也为磁流体发电装置提供了磁场.也 就是说超导电磁泵中的超导线圈兼作磁流体发电装 置的励磁线圈 ,简化了发动结构 ,降低了重量. 图3发动机布局图 Fig.

3 Engine layout schematic drawing 对于发动机内的燃气来讲 ,要满足磁流体发电 的要求 ,燃气的电导率要达到几个 sΠm 才行.而一

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8 第5期郑力铭等 :低温推进剂液体火箭发动机超导电磁泵压循环系统初步设想 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 般气体分子的电离电位都是很高的 ,为了增加气体 的电导率 ,磁流体发电技术中通常采用 播种 的方 法 ,在气体中加入少量碱金属盐类 ,如K2 CO3 ,利用 非平衡电离原理提高电离度 [2] .自然界中 ,铯的电 离能最低 ,为3. 9ev ,其次是钾 ,电离能为 4. 3ev.在 气体中加入一定含量的钾、 铯等碱金属 ,能使气体的 导电率增加. 播种 时电离种子的量存在一个最佳 值 ,钾作为电离种子的时候 ,钾原子占气体的质量分 数在

1 %左右为佳 [3] . 通常工业用磁流体发电机的效率大约为