磁力傳動動力船的設計與實現

黃明喆

摘 要：在傳統的船體設計過程中，推進機構與螺旋槳直接鏈接的模式容易產生傳動軸和密封圈磨損以及船體設計工藝復雜等一系列問題，通過中學物理課程的學習，受磁懸浮列車行駛原理的啟發，創造性的提出了發動機與螺旋槳的分離傳動的構想，并用簡單的材料制作和實現了該裝置。

關鍵詞：磁場作用；非接觸傳動；設計與實現

引言

2012年6月27日11時47分，我國自主研發的蛟龍號載人潛水器再次刷新“中國深度”——下潛7062米，這標志著中國具備了載人到達全球99.8%以上海洋深處作業的能力，備受世界矚目。2013年6-9月，蛟龍號開啟首次試驗性應用航行，成功帶著多位科學家完成多次下潛任務。蛟龍號成功后，我國載人潛水器研制開始向兩個方向發展：一是量產可達4500米級的潛水器，其具有更廣泛的科學應用市場；二是在我國尚屬研制空白、但技術要求更高的11000米全海深的第三代載人潛水器展開研制。當蛟龍號下潛到深海過程中，可以想象那是要承受著多大的海水壓力了，船體的設計來不得半點馬虎，可以說船體只要有一絲縫隙或者一點強度不足就可能導致毀滅性的后果，在蛟龍號推進器方面還是采用的傳統的推進方式，既用電機帶動轉軸穿過船體帶動螺旋槳這種方式。這種傳動方式普遍應用在各類船只上，但是它們都有一些比較共性的缺點：（1）為了達到防水防壓的目的通常采用密封圈直接接觸式密封的方法，而這種方式造成了傳動軸與密封圈之間的摩擦力較大，使傳動效率降低，同時傳動軸容易磨損密封圈，在使用一段時間后需要及時更換，浪費大量的人力物力和財力。（2）連接軸需要與發動機相連，需要通過傳動軸穿過船體，導致船體的制作工藝復雜。同時，船體不封閉，容易受到外界擾動，而發生漏水等事故。

1 設計原理

針對上述傳統傳動裝置的優缺點，我們通過課堂物理課程電磁學部分的學習中，受磁懸浮列車的啟發，經過仔細思考，該制作作品應用磁場間的相互作用，設計出了一種新型的非接觸式傳動裝置，使之能極大提高潛艇的下潛深度，并較好克服了以上缺陷。

1.1 基本思路

如圖1所示，首先制作4塊耦合磁片，2塊與電機相連，2塊與螺旋槳成對相連，然后制作支架，并將電機，螺旋槳分別固定于船身的內外兩側，再調節磁片間的距離，使之內外聯動，最后固定距離。

1.2 物理原理

基于磁片間的磁場力的相互作用，使內外聯動，從而達到非接觸傳動目的。

2 設計方案

2.1 材料設計

綜合上述物理原理，經過多次考慮，設計出了一個磁力傳動裝置，考慮到制作材料限制，設計出了一個簡易裝置實現磁力傳動。所用材料如表1所示。

表1 磁力動力船所用材料

2.2 裝置設計

如圖2所示，由8片強磁構成的2塊傳動磁片（如圖1所示），分別置于船體的內外兩側，磁片間的距離為10mm，船身和支架都為亞克力板制作。

圖2 磁力傳動設計示意圖

2.3 裝置實物圖

按照上述設計方案，運用相關材料，裝配成功，如圖3所示。

圖3 磁力傳動實物圖

3 裝置應用

3.1 裝置的使用

當接通3V-6V直流電源時，耦合情況良好，實現了初始的想法非接觸傳動。并且通過裝置使用的現象，足以驗證通過磁力達到傳動效果的真實性和可靠性。當提高主轉盤轉速時，從轉盤有最大轉速（即轉速有限），通過雙發傳動的方式控制不同的電機轉動，可以有效控制船體方向。

3.2 作品的優勢和創新點

裝置現象明顯，傳動效果好，設計思路清晰，充分驗證了通過磁場力達到傳動效果的真實性和可靠性，并直觀地體現了磁場間的相互作用。而且整套裝置采用透明材質使得實驗現象一目了然并且制作方便，可用于日常教學工作。裝置的應用性強，操作簡單，在未來的工業，軍事方面前景廣闊。

4 結束語

一旦這種裝置運用成熟，可以進一步推廣到潛艇和深海探測器上。由于船體可以密封一體化，就可以改變潛艇的艇身的結構，從而可以增加它們的下潛深度，有效地減少了深海海水的強大壓力對潛艇的傷害，同時對潛艇結構的要求也會大大降低。這不但進一步提高了潛艇的隱蔽性，而且對整個船舶的動力形式和結構設計都有很好的借鑒意義。

參考文獻

[1]物理[M].人民教育出版社，2004.

[2]伽莫夫.物理世界奇遇記[M].科學出版社，2006.

作者簡介：黃明 （1998-），男，武漢人，武漢市第二中學高三（6）班學生。