Co to jest napęd magnetohydrodynamiczny?
Napęd magnetohydrodynamiczny (MHD) to silnik bez ruchomych części, który wytwarza ciąg poprzez przyspieszenie naładowanego płynu za pomocą pola elektromagnetycznego. Nazywa się to siłą Lorentza, której wielkość w niutonach dowolnej określonej naładowanej cząstki można obliczyć, dodając gęstość pola elektrycznego w woltach na metr do chwilowej prędkości cząstki wm / s, mnożąc sumę przez gęstość pola magnetycznego w teslasie i pomnożenie tego produktu przez ładunek elektryczny cząstki w kolumbach.
Gdy natężenie pola elektromagnetycznego wzrasta, zwiększa się zarówno ciąg, jak i impuls właściwy napędu magnetohydrodynamicznego. Siła Lorentza może być wykorzystywana do napędu w statku kosmicznym, który wykorzystuje naładowane plazmy jako płynne medium, i dlatego nazywane są pędnikami magnetoplazmadynamicznymi (MPD). Eksperymentalne prototypy zostały przetestowane zarówno na rosyjskich, jak i japońskich satelitach.
Magnetohydrodynamika w ogóle jest dyscypliną naukową, która bada wszelkie elektrycznie naładowane płyny. Wyjaśnienie i przewidywanie zachowania się elektrycznie naładowanych płynów wymaga połączenia równań dynamiki płynów Naviera-Stokesa z równaniami elektromagnetyzmu Maxwella. Oznacza to, że dwa zestawy równań różniczkowych muszą być rozwiązane jednocześnie, co oznacza, że obliczenia są intensywne obliczeniowo i często wymagają superkomputerów.
W latach 90. Mitsubishi zbudowało prototypy statków morskich, które stosowały napędy magnetohydrodynamiczne, ale osiągały one jedynie prędkość 15 km / h (9,3 mil na godzinę), pomimo prognoz 200 km / h (124,3 mil na godzinę). Ze względu na brak części ruchomych silniki magnetohydrodynamiczne mogą w zasadzie być niezawodne, ekonomiczne, wydajne, ciche i mechanicznie eleganckie. Ponieważ jednak ich źródłem paliwa jest energia elektryczna, a wciąż brakuje nam taniego sposobu wytwarzania ogniw paliwowych o wysokiej gęstości mocy, statki korzystające z napędu MHD muszą mieć ciężki generator pokładowy, który spala olej napędowy. Jeśli koszt wodorowych ogniw paliwowych gwałtownie wzrośnie w nadchodzących latach, napęd MHD może okazać się realną alternatywą dla śmigła.
W statkach kosmicznych pędniki magnetoplazmatyczne wymagają dużej mocy - w megawatach - do optymalnego działania. Obecnie nawet najsilniejsze generatory statków kosmicznych zapewniają zaledwie kilkaset kilowatów, co oznacza, że pędniki MPD pozostają przede wszystkim technologią przyszłości. Jednak zasady działania silników odrzutowych MPD umożliwiają im posiadanie wyjątkowo wysokich impulsów właściwych, ponad 20 razy więcej niż impuls właściwy rakiet chemicznych, przy wystarczającej mocy.