Was ist ein magnetohydrodynamischer Antrieb?
Ein magnetohydrodynamischer (MHD) Antrieb ist ein Motor ohne bewegliche Teile, der durch Beschleunigen eines geladenen Fluids mit einem elektromagnetischen Feld Schub erzeugt. Dies ist als die Lorentzkraft bekannt, deren Größe in Newton auf einem bestimmten geladenen Teilchen berechnet werden kann, indem die Dichte des elektrischen Feldes in Volt pro Meter zu der augenblicklichen Geschwindigkeit des Teilchens in m / s addiert wird, wobei die Summe mit der Dichte multipliziert wird des Magnetfelds in Teslas und Multiplikation dieses Produkts mit der elektrischen Ladung des Partikels in Spalten.
Wenn die Intensität des elektromagnetischen Feldes zunimmt, nehmen sowohl der Schub als auch der spezifische Impuls eines magnetohydrodynamischen Antriebs zu. Die Lorentz-Kraft kann für den Antrieb in Raumfahrzeugen genutzt werden, die geladenes Plasma als fluides Medium verwenden und daher als magnetoplasmadynamische (MPD) Triebwerke bezeichnet werden. Experimentelle Prototypen wurden sowohl auf russischen als auch auf japanischen Satelliten getestet.
Die Magnetohydrodynamik ist im Allgemeinen die wissenschaftliche Disziplin, die sich mit elektrisch geladenen Flüssigkeiten befasst. Um das Verhalten elektrisch geladener Flüssigkeiten zu erklären und vorherzusagen, müssen die Navier-Stokes-Gleichungen der Fluiddynamik mit den Maxwell-Gleichungen des Elektromagnetismus kombiniert werden. Dies bedeutet, dass zwei Sätze von Differentialgleichungen gleichzeitig gelöst werden müssen, was bedeutet, dass die Berechnungen rechenintensiv sind und häufig Supercomputer erfordern.
In den 1990er Jahren baute Mitsubishi Prototypen für Seeschiffe, die magnetohydrodynamische Antriebe verwendeten, die jedoch trotz Vorhersagen von 200 km / h nur eine Geschwindigkeit von 15 km / h erreichten. Magnetohydrodynamische Motoren können aufgrund des Fehlens beweglicher Teile grundsätzlich zuverlässig, wirtschaftlich, effizient, leise und mechanisch elegant sein. Da die Brennstoffquelle jedoch Elektrizität ist und es uns immer noch an billigen Mitteln zur Herstellung von Brennstoffzellen mit hoher Leistungsdichte mangelt, müssen Schiffe, die den MHD-Antrieb verwenden, einen schweren Onboard-Generator haben, der Diesel verbrennt. Wenn die Kosten für Wasserstoff-Brennstoffzellen in den kommenden Jahren drastisch steigen, könnte sich der MHD-Antrieb als Alternative zum Propeller erweisen.
In Raumfahrzeugen benötigen magnetoplasmadynamische Triebwerke eine angemessene Leistung - in Megawatt -, um eine optimale Leistung zu erzielen. Selbst die stärksten Stromerzeuger von Raumfahrzeugen liefern heute nur noch wenige hundert Kilowatt, so dass MPD-Triebwerke in erster Linie eine Zukunftstechnologie bleiben. Die Arbeitsweise der MPD-Triebwerke erlaubt es ihnen jedoch, bei ausreichender Leistung extrem hohe spezifische Impulse zu haben, die mehr als das 20-fache der spezifischen Impulse chemischer Raketen betragen.