Wat is een magnetohydrodynamische aandrijving?
Een magnetohydrodynamische (MHD) aandrijving is een motor zonder bewegende delen die stuwkracht creëert door een geladen vloeistof met een elektromagnetisch veld te versnellen. Dit staat bekend als de Lorentz-kracht, waarvan de grootte in newton op elk specifiek geladen deeltje kan worden berekend door de dichtheid van het elektrische veld in volt per meter op te tellen bij de momentane snelheid van het deeltje in m / s, de som te vermenigvuldigen met de dichtheid van het magnetische veld in Teslas, en dat product vermenigvuldigen met de elektrische lading van het deeltje in columbs.
Wanneer de intensiteit van het elektromagnetische veld toeneemt, nemen ook de stuwkracht en de specifieke impuls van een magnetohydrodynamische aandrijving toe. De Lorentz-kracht kan worden gebruikt voor voortstuwing in ruimtevaartuigen, die geladen plasma als vloeibaar medium gebruiken, en daarom magnetoplasmadynamic (MPD) boegschroeven worden genoemd. Experimentele prototypes zijn getest op zowel Russische als Japanse satellieten.
Magnetohydrodynamica in het algemeen is de wetenschappelijke discipline die elektrisch geladen vloeistoffen bestudeert. Het verklaren en voorspellen van het gedrag van elektrisch geladen vloeistoffen vereist het combineren van de Navier-Stokes-vergelijkingen van vloeistofdynamica met Maxwell's vergelijkingen van elektromagnetisme. Dit betekent dat twee sets differentiaalvergelijkingen tegelijkertijd moeten worden opgelost, wat betekent dat de berekeningen computer-intensief zijn en vaak supercomputers vereisen.
In de jaren negentig bouwde Mitsubishi prototypes voor zeeschepen die magnetohydrodynamische aandrijvingen gebruikten, maar deze bereikten slechts snelheden van 15 km / u (9,3 mph), ondanks voorspellingen van 200 km / u (124,3 mph). Vanwege het ontbreken van bewegende delen kunnen magnetohydrodynamische motoren in principe betrouwbaar, zuinig, efficiënt, stil en mechanisch elegant zijn. Omdat hun brandstofbron echter elektriciteit is en het ons nog steeds ontbreekt aan een goedkoop middel om brandstofcellen met een hoge vermogensdichtheid te creëren, moeten schepen die de MHD-schijf gebruiken een zware ingebouwde generator hebben die diesel verbrandt. Als de kosten van waterstofbrandstofcellen de komende jaren drastisch stijgen, kan de MHD-aandrijving een levensvatbaar alternatief voor de schroef zijn.
In ruimtevaartuigen hebben magnetoplasmadynamische boegschroeven een behoorlijke hoeveelheid vermogen nodig - in de megawatt - om optimaal te presteren. Tegenwoordig leveren zelfs de sterkste generators van ruimtevaartuigen slechts enkele honderden kilowatt, wat betekent dat MPD-boegschroeven in de eerste plaats een toekomstige technologie blijven. Dankzij de werkingsprincipes van MPD-boegschroeven kunnen ze echter extreem hoge specifieke impulsen hebben, meer dan 20 keer de specifieke impuls van chemische raketten, bij voldoende vermogen.