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关于磁悬浮飞行器的设想和探索 郑东 P理学院物理四班 指导老师：秦敢 2005.1.2 磁悬浮飞行器 本文进行了三种不同的尝试 利用载流线圈在不均匀地磁场中受合力不为零 利用超导体的完全抗磁性 电磁推进 利用地磁场的不均匀性 超导体的磁悬浮 迈斯纳效应 估算超导体在地磁场中受的力 迈斯纳效应 电磁推进 导引 理论分析 展望： 参考资料 超导物理学 章立源等著 电子工业出版社 1995.5 超导物理基础 伍勇等编著 北京大学出版社 1997 超导高技术的突破口 (日)太刀川恭治,户叶一正著 化学工业出版社 1992.5 地磁学 [苏]Б.М.扬诺夫斯基著 地质出版社 1982 符号计算系统Mathematica教程 张韵华编著 科学出版社 2001.11 科學月刊 1983年 2月 第 158期八十年代超高速船——超導電磁推進船 丁致良 超强磁场超导电磁铁的开发动向 木吉司 上海钢研 2002 * * 问题的由来： 磁悬浮列车受限 预先架设固定轨道 费用庞大 科幻影视的启发 载流线圈在非均匀地磁场中受力 简化模型：地球→均匀极化球， 沿地轴方向。 磁荷法计算地表某点的 及其对X，Y，Z三个方向的导数 地球的磁极化强度 则地表一点的磁荷密度 给出部分公式如下（其他可参阅附录）： 估算地表某载流线圈的受力：不妨取北纬45o，东经0o的点，则该点坐标 又B=0.5G，由此可推算出 估计参数值 用Mathematica 进行数值积分，结果如下： 求线圈所受力 代入 表达式，有 而径向力（即垂直地球表面的力） 设线圈半径a=10cm，导线直径d=0.5mm，密度 =8.9g/cm3。当线圈重力与安培力平衡时， 因为 电流过大！ 迈斯纳效应：超导体的完全抗磁性，超导体内部 磁感应线被排斥到外部，故 （V为超导体的体积） 则径向力（即垂直地球表面的力） 假设超导体受到的磁力等于重力，则 借用前面的理论推导，并数值计算得： 失败原因分析： 地磁场只是一个局部近似均匀的弱场，利用它来进行磁悬浮飞行是不现实的！ 探索新途径 由作用力与反作用力原理，利用空气的反推力是一种可以接受的手段。 船的推进系统装有电磁铁，装在该船浮筒的水筒前部。海水流入水筒，带电的电极便在水中产生电流。这些磁铁产生的磁场同这一电流相互作用，产生的磁力使水流从水筒的末端高速喷出，产生动力。 由电磁推进船想到的： 设想飞行器用类似的方法来提供动力 其中I为空气导电的电流，l为电极正负极间距，B为超导电磁铁产生的磁感应强度，m为飞行器质量。令l=1m，B=20T，m=10kg，则 空气的击穿场强为25kv/cm，则击穿瞬时的功耗大约为 但事实上，空气一旦击穿，由于带电粒子在电场中作加速运动，可以与其他中性分子碰撞，使其电离，故只需开始时提供一击穿电压，以后便只需要维持一较低的电压便可使其正常工作。并且在高空中稀薄气体更易导电，所需功耗还可减小！ 海，陆，空三用交通工具 磁悬浮的目的没有达到，但经过分析知道了其中的缘由，并且发现了用电磁推进来实现飞行具有潜在的可能性。我们有理由相信： 明天会更好！ 谢谢大家