关于磁悬浮飞行器的设想和探索

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1、关于磁悬浮飞行器的设想和探索郑东PB03203171理学院物理四班指导老师：秦敢2005.1.29/10/20211磁悬浮飞行器问题的由来：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9/10/202129/10/202139/10/20214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9/10/20215利用地磁场的不均匀性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

2、数9/10/20216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）：9/10/20217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：9/10/20218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）9/10/20219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！9/10/202110超导

3、体的磁悬浮迈斯纳效应估算超导体在地磁场中受的力9/10/202111迈斯纳效应迈斯纳效应：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）9/10/202112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：9/10/202113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。9/10/202114电磁推进导引理论分析9

4、/10/202115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：9/10/202116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

5、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！9/10/202117展望：海，陆，空三用交通工具9/10/2021189/10/202119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！9/10/202120谢谢大家9/10/202121参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

6、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20029/10/202122