专利名称：超导发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于航空航天的发动机。
目前人们正在使用的航空发动机主要有火箭发动机、喷气发动机、螺旋浆发动机。这几种发动机共同的缺点就是要消耗大量的燃料来产生推力。随着人类社会的发展，人类航空活动将越来越多。这样对人类的环境产生了很大的破坏，大量二氧化碳产生温室效应使海平不断升高，地面上气候也变得越来越复杂，恶劣的天气变得越来越频繁。使得目前飞行器越来越难以适应这种状态。并且这种动力提供是基于石油，而石油的存量也是有限的。随着我国加入WTO之后，我国将变成一个能源消耗大国。陆面交通已经出现严重的阻塞，如果发展空中交通，须消耗大量燃料，这一切好象是无法解决的矛盾。其实它能解决，并且很完美。
此发明的目的，就是节约有限能源，保护人类的环境，要取代现有的航空航天发动机。使人类文明向前进一步。
此发明的优点1、消耗能量少，使用它的飞行器静止浮于空中时，并不消耗能量；2、能保护环境；3、由于这种发动机没有运动部分，所以没有声音发出，无噪音污染；4、在高速飞行(太空中)减速不耗能，而且可以向外输出能量；5、液氢制冷使发动省去了一套庞大的制冷设备，大大减轻的发动机的重量。
此发明的主要技术方案如下超导发动机的理论依据我们大家都知道一个存在电流闭合线圈(13)垂直于磁场(14)放置时，它所受的力全部向外或向里，(如图(1)所示)把它的图边分别标成a、b、c、d，那么，它四条边所受的力总是两对边相反，即a边和c边，所受的力相互抵消。b边和d边也相互抵消，所以整个线圈(13)处在一个平衡状态，即不会发生运动。如果我们能去掉三条边的受力，那么，整个线圈就会产生单向力。如，把a，b，d三条边的力去掉，那么就只有c边受力，这样线圈，就会产生单向力，只要力足够大，就会产生单向运动，那么怎样去掉三边的力呢？我们知道，这边的力是由于电子在磁场中的运动产生的，那么，要么去掉电子，要么去掉磁场；而去掉电子是行不通，而去掉三边的磁场是可以实现的，因为超导在一定温度下，会产生封闭磁场效应，即磁场不能穿过超导体，那么我们把这三条边用超导体包裹起来，不就产生单边力了！我们的地球周围存在一个大磁场，而且向外空间扩展得很远，约10～30个地球半径大小。如果在近地点能使用这一原理，在远地点同样可以产生推力。当须要减时可用其发电机原理，而导线(13)切割磁力线向外输出能量，产生阻碍运动，达到快速减速目的。由于磁场在宇宙空间无处不存在，所以可以利用其进行星际航行。
超导发动机就是利用导线在磁场中会受到力的作用原理，来产生抵抗地球对其引力作用。它主要由四个部分组成能源供应系统、推力系统、冷却系统、调控系统。
能源供应系统，(见图(2))主要是氢燃料电池(2)；电输送线(11)；液化氢(3)。
推力系统由超导线(5)及支承材料(7)和超导闭磁圈(6)组成。
冷却系统是由液氢(3)及液罐(1)、隔热层(8)组成。
调控系统由磁控超导开关(9)，磁控室(4)、负载(12)组成。
图1为通电线圈在磁场中的放置图。
图2为超导发动机构造图。
图3左中为超导线圈水平放置在磁场中示意图。
右中为超导线圈的右视图。
左上为超导线圈倾斜放置于磁场中的示意图。
左下为超导线圈倾斜放置于磁场中的示意图。
超导发动的工作原理，当起导线圈被输入电流时，如图2所示，它上部分被闭磁场超导圈(6)封闭，不受地球磁场的作用，下部分，在地球磁场作用下，产生向上推力，而其自身的电流产生的磁场会使线圈(5)自动沿地磁南北方向排列(如图(3)所示)，这个原理就和指南针一样，也就是说它在静止状态始终产生远离磁体中心的力。当它向南倾斜时，(如图(3)左上)，那么地球磁场在闭磁圈(6)作用下，发生弯曲，弯曲方向和磁圈平衡，如图(3)，那么这样发动机会获得一个向南方的分力；如果向北方(如图3)最下一图同样存在一个北方分力，不过这个力不是很大，当它向东或向西斜时，它将产生一个比较大的分力。也就是说它向那个方面倾斜，就会获得向那个方向的分力。在运动状态下，发动机的磁控超导开关处在关闭状态，它的回路由超导线圈(5)及输电线(11)和燃料电池(2)组成。这时。磁控室(4)处在非工作状态，这样线圈(5)产生磁场会使磁控超导开关(9)成为绝缘体。
当须要产生悬停效应时，应开启磁控室(4)，线圈产生的磁场就不能作用到磁控超导开关(9)上，这样磁控超导开关就恢复超导状态，电流直接从(9)中流过。这时燃料电池就不再须要向超导线圈(5)供电，即整个发动机处在不耗能悬停状态。
它的最大优点就是可以在宇宙空间，利用微弱的磁场获得很大的加速力或减速力，而激光加速法在目前还很难减速。
下面是一些基础理论知识，由通电导线周围产生磁场的毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律，可以推导出一根通导线周围相距为r处的一点的磁场强度为B＝U0I/2r，这里的U0为真空磁导率数值为4π×10-7T·m/A。I为导线电流。现在我们可以假设地球磁场是由电流引起的，并且适用这个公式来计算其磁场强度变化(注意这个假设不管成立与否，都不引响磁场强度的梯度变化规律，因为在这里不是要求地球上某一点的磁场强度，而是要求其梯度变化和引力变化的比较)。
下面是几个点的力的数值计算在地球磁边界处即r＝6.37×107m的力的计算由万有引力定律F＝G×m1×m2/r2，m为地球质量，即5.96×1024kg，m2按103kg；G＝6.672×10-11N·m2/kg2，
则F引＝6.672×10-11×5.96×1024×103/(6.37×107)2＝9.798kg。
而发动机推力F推＝BLI在发动机中，L＝2×104m；I＝103A，磁边界B＝5×10-8T。
F推＝5×10-8×2×104×103＝1kg当在地球磁正中层时，F引＝6.672×10-11×5.96×1024×103/(6.37×106×5)2＝39.192kgF推＝(5×10-8+0.5×10-4)/2×104×103＝5.0×102kg可见磁边界引力和推力相差无几。磁中间层引力比推力小得多，因此大气层外，可以得到很大的加速力，完全可以进行宇航，这一数据同时表明，如果在返回时还不能在磁顶层进行减速，要到中间处才能得到较大减速力。就能实现快速减速，使其在大气层外减到安全速度，再垂直进入大气层，这就决定它在星际间其有很大的实用价值。
超导发动机主要部分组成参数1.燃料电池选用氢燃料电池，其组比为3600瓦·时/公斤，单个电压为0.8-0.95伏，那么，要产生电压最大为180伏，则须把200个电池串联，如须产生103A电流，则总电池重为50公斤，输出功为180千瓦。
2.超导线选用T＞21K，抗磁强度为3T，及使用电流可达到2.5×106A/cm2的超导材料。
当选用导线长(有效部分)为2×104m时，导线电流为103A(即超导截面为4×10-4cm2)。由F＝BIL B为地球磁场强度，即为0.5×10-4T.
F＝0.5×10-4×103×2×104＝1000kg即在地面附近产生一吨最大推力。
这时，由于导线仅为有效部分长度，其实长度约为4.8×104m，总重量为80kg。支承材料选用锂镁合金、重量为70kg，另外液氢和罐体和液氧约为350公斤。(其中燃料电池重量50kg)这样最大可输出500公斤力。
3.氢在发动机中起两个重要作用，一个是用作燃料，二是用来冷却超导线，因为它们的沸点为20.4k(在12.8个大气压下)，并且它的比热很大，在气化时须吸收大量热量。这样它可以通过释放氢气作燃料来吸收热传导的热量，保持线圈内的温度在超导状态下。
4.其最大运动速度为V＝ε/BL＝180/0.5×10-4×2×104＝180米/秒(也就是说在地球近地点空中B＝0.5×104T的条件下，做垂直脱离地球运动的最大速度)。如果在磁场0.5×10-8状态下，其运动速度可达1.8×106米/秒。
权利要求
1.发动机通过超导封闭外磁场使通电导线产生单向推力的原理。
2.发动机的负载调控系统。
3.液氢冷却法。
4.发动机倾斜受力使用法。
5.高速运动利用外磁场减速法。
全文摘要
此发明涉及一种用于航空航天的发动机。它主要依靠发动机的线圈电流与地球磁场作用产生一种推力来达到运动目的。它具备能源供应系统、推力系统、冷却系统、调控系统四大系统。它的主要优点是1、消耗能量少，在悬停时可以不消耗能量，在匀速运动时，只须用于维持运动所须电压，其能量损耗主要来自电源内部。由于使用燃料电池，所以能保护环境；而且它不具有高速运动部分，在工作时没有声音发出，所以不存在噪音。
文档编号H02K55/00GK1445912SQ02126768
公开日2003年10月1日 申请日期2002年7月18日 优先权日2002年7月18日
发明者赵翼华 申请人:赵翼华