Magnetohydrodynamic または MHD ドライブは、車両を電磁界に配置することによって車両を推進するための理論的なソリューションです。
2 つの磁石を同じ極が向かい合うように配置すると、一方を他方に向けて押すと、もう一方が反発します。磁力の基本は子供の頃から私たちに教え込まれてきましたが、私たちはその意味と潜在的な利点を見落としがちです.船の場合を例にとってみましょう。
従来の慣例では、プロペラやタービンなどのブレード付きの仕掛けを使用してそれらを動かしていました。磁石と電気だけで船を水中で動かすことができると言ったらどうしますか?その秘密は MHD ドライブにあります。
磁気流体力学ドライブ (MHD ドライブ)
それは名前としてはかなり一口です!
ただし、磁気流体力学または MHD ドライブは電磁気学の単純なアプリケーションです。導電性流体が電場と磁場の両方にさらされると、流体は 2 つの場に垂直な運動を経験します。これはローレンツ力として知られており、可動コンポーネントを必要とせずに運動を引き起こすことができます。この概念を詳しく調べてみましょう。
ローレンツの力とフレミングの左手の法則
互いに垂直な電場と磁場に置かれた荷電粒子に力が作用することが分かった。この力は、フレミングの左手の法則によって予測できる方向に粒子を押します。
フレミングの左手の法則は、伸ばした親指、人差し指、中指が互いに垂直な方向を表す 3 次元空間を示しています。
左手と右手の法則は、さまざまな電磁条件における変数の方向を示すのに効果的です (写真提供:Pepermpron/Shutterstock)
磁場が人差し指で決まり、電場が中指で決まると仮定すると、ローレンツ力は親指に沿って作用します。
このローレンツ力は、船を推進するために使用できます。これについては、後で詳しく説明します。
MHD ドライブの設計と構築
ローレンツ力を利用して推進力を得るには、導電性流体を常に電磁場にさらす必要があります。この電磁場は、電磁石と超伝導体を使用して生成できます。ローレンツ力がこの流体に作用し、同じ反対の反作用により、磁石をローレンツ力とは反対の方向に押します。
MHD ドライブは、電磁場の存在下での導電性流体の動きに基づいています。 (写真提供:Fouad A. Saad/Shutterstock)
MHD推進船は、電気と磁力の優れた導体である海水の存在により有利です。しかし、従来の船は「水上」を航行します。このため、第 3 の方向に推進力をもたらす 2 つの相互に垂直な一連の力を海水に与えることはできません。これは、水が船の下ではなく船の「中」を流れた場合にのみ可能です。
推進に必要なローレンツ力を生成するために、船体に海水ダクトが組み込まれています (写真提供:Mbarratt/wikimedia)
このように、船は船体を通して水を流す水ダクトを備えた設計が可能であり、船体は電場と磁場の両方にさらされます。これらの磁場は、船体に組み込まれた強力な電磁石と超伝導体によって生成されます。
それらが活性化されると、ローレンツの力が船の後方に海水を押し込みます。これらの磁石が船の構造に固定されているため、海水は船を前方に推進する、等しく反対の力を投じます。
MHD ドライブの長所と短所
理論的には、MHD ドライブには多くの利点があり、幅広い用途に適しています。まず、従来のプロペラ システムがないため、動力を供給するために必要な大型エンジンが不要になります。
MHD ドライブは可動コンポーネントがないため非常に静かで、軍事用途に不可欠です (写真提供:Artur Didyk/Shutterstock)
プロペラと関連する可動コンポーネントをなくすことで、船舶が軽量化され、摩擦損失が減少し、本質的に効率が向上します。このような MHD ドライブのもう 1 つの重要な利点は、ノイズが大幅に減少することです。そうでなければ、広大な海で船を簡単に検出できます。船のダクトを通る水の動きは騒音を出さないため、これはステルス作戦に役立ちます。
ただし、これらの利点のほとんどは、このようなシステムの欠点によって覆い隠されています。 MHD ドライブで実行されたテスト車両は、大規模な展開を非現実的にするいくつかの問題を示しています。最も一般的な問題の 1 つは、大型船を実用的な速度で推進するのに十分な強度の電磁場の生成です。
このような大規模なフィールドを長期間一貫して生成すると、非常にエネルギー集約的であることがわかりました。このため、MHD ドライブを搭載した船は、理論モデルで約束された速度よりも大幅に遅いことが判明しました。
同時に、しきい値を超えて磁場を増加させると、電場が衰弱し、推力に望ましくない変動がもたらされました。強力な電磁場の環境への影響も疑われています。これらの理由により、船舶推進の主要なモードとして MHD ドライブに進むことはできません。
MHD ドライブの適用
MHD ドライブの優れた点は、可動コンポーネントがないことです。実際、MHD ドライブをリニアモーターカーの水上の同等物と考えるのは間違いではありません。 MHDドライブでは導電性流体の存在が必要であるため、船舶や潜水艦などの海洋用途に非常に役立ちます。 MHD ドライブの別の潜在的なアプリケーションは、宇宙飛行のために調査されています。
大気の上層には、MHD 推進に適した媒体であるプラズマが含まれています (写真提供:Fouad A. Saad/Shutterstock)
大気の上層には、電磁的に荷電されたプラズマの領域が見られ、宇宙船の推進に使用できる可能性があります。このシステムが成功すれば、宇宙船を大気圏外に送るためのブースター ロケットへの依存を大幅に減らすことができます。
まとめ
可動コンポーネントを備えた機械は、ある程度の摩擦損失に対してのみ最適化できます。摩擦損失を減らす従来の方法には、ベアリングと潤滑剤の使用が含まれます。
しかし、電磁気学は、可動コンポーネントを完全に排除することで効率を向上させる大きな可能性を示しています... しかし、最先端科学の多くの部分と同様に、この技術がどのように進歩するかは時が経てばわかります!
