Проблема совершенствования пропульсивной системы судов стоит довольно остро на протяжении последних лет и даже десятилетий. Этой проблеме посвящены многочисленные публикации, в т. ч. автора по совершенствованию типа судовых движителей [1–3]. Поступательное развитие пропульсивных систем неизбежно приводит к применению более совершенных МГД-движителей, разработке которых посвящена многочисленная отечественная [4–10] и зарубежная [1, 12] литература. Непременной принадлежностью МГД-установок является сверхпроводящая магнитная система СМС, различные аспекты реализации которой отражены в [13–19]. При этом [17–19] посвящены новейшим достижениям СМС для токамаков, которые показывают решающую роль повышения рабочей температуры для достижения высокой индуктивности магнитных полей свыше 10 Тл, необходимой для эффективного судового МГД-движителя.
Цель настоящей статьи состоит в анализе состояния и перспектив совершенствования судовых МГД-движителей и установок.
Из электротехники известно, что работа электродвигателя сводится к перемещению проводника (в виде морской воды) с током в магнитном поле. Качественный анализ МГД-движителя может быть описан следующими уравнениями.
Плотность электрического тока j, А/м2, равна:
Сила, действующая на единицу объема морской воды f, Н/м3, равна:
Электрическая мощность Nу, кВт, передаваемая единичному объему морской воды, равна:
Для указанных уравнений принимаются следующие обозначения:
σ – удельная электрическая проводимость морской воды, Ом/м;
B – индукция магнитного поля, Тл;
V – скорость потока морской воды, м/с;
Е = U/в – напряженность однородного электрического поля, В/м;
U – напряжение между электродами, В;
в – расстояние между электродами, м;
p – давление воды, Па;
ρ – плотность забортной воды, кг/м3;
h – энтальпия единицы массы воды, Дж/кг.
Введя для удобства расчетов нагрузочный параметр: