磁力传动动力船的设计与实现

黄明喆

摘 要：在传统的船体设计过程中，推进机构与螺旋桨直接链接的模式容易产生传动轴和密封圈磨损以及船体设计工艺复杂等一系列问题，通过中学物理课程的学习，受磁悬浮列车行驶原理的启发，创造性的提出了发动机与螺旋桨的分离传动的构想，并用简单的材料制作和实现了该装置。

关键词：磁场作用；非接触传动；设计与实现

引言

2012年6月27日11时47分，我国自主研发的蛟龙号载人潜水器再次刷新“中国深度”——下潜7062米，这标志着中国具备了载人到达全球99.8%以上海洋深处作业的能力，备受世界瞩目。2013年6-9月，蛟龙号开启首次试验性应用航行，成功带着多位科学家完成多次下潜任务。蛟龙号成功后，我国载人潜水器研制开始向两个方向发展：一是量产可达4500米级的潜水器，其具有更广泛的科学应用市场；二是在我国尚属研制空白、但技术要求更高的11000米全海深的第三代载人潜水器展开研制。当蛟龙号下潜到深海过程中，可以想象那是要承受着多大的海水压力了，船体的设计来不得半点马虎，可以说船体只要有一丝缝隙或者一点强度不足就可能导致毁灭性的后果，在蛟龙号推进器方面还是采用的传统的推进方式，既用电机带动转轴穿过船体带动螺旋桨这种方式。这种传动方式普遍应用在各类船只上，但是它们都有一些比较共性的缺点：（1）为了达到防水防压的目的通常采用密封圈直接接触式密封的方法，而这种方式造成了传动轴与密封圈之间的摩擦力较大，使传动效率降低，同时传动轴容易磨损密封圈，在使用一段时间后需要及时更换，浪费大量的人力物力和财力。（2）连接轴需要与发动机相连，需要通过传动轴穿过船体，导致船体的制作工艺复杂。同时，船体不封闭，容易受到外界扰动，而发生漏水等事故。

1 设计原理

针对上述传统传动装置的优缺点，我们通过课堂物理课程电磁学部分的学习中，受磁悬浮列车的启发，经过仔细思考，该制作作品应用磁场间的相互作用，设计出了一种新型的非接触式传动装置，使之能极大提高潜艇的下潜深度，并较好克服了以上缺陷。

1.1 基本思路

如图1所示，首先制作4块耦合磁片，2块与电机相连，2块与螺旋桨成对相连，然后制作支架，并将电机，螺旋桨分别固定于船身的内外两侧，再调节磁片间的距离，使之内外联动，最后固定距离。

1.2 物理原理

基于磁片间的磁场力的相互作用，使内外联动，从而达到非接触传动目的。

2 设计方案

2.1 材料设计

综合上述物理原理，经过多次考虑，设计出了一个磁力传动装置，考虑到制作材料限制，设计出了一个简易装置实现磁力传动。所用材料如表1所示。

表1 磁力动力船所用材料

2.2 装置设计

如图2所示，由8片强磁构成的2块传动磁片（如图1所示），分别置于船体的内外两侧，磁片间的距离为10mm，船身和支架都为亚克力板制作。

图2 磁力传动设计示意图

2.3 装置实物图

按照上述设计方案，运用相关材料，装配成功，如图3所示。

图3 磁力传动实物图

3 装置应用

3.1 装置的使用

当接通3V-6V直流电源时，耦合情况良好，实现了初始的想法非接触传动。并且通过装置使用的现象，足以验证通过磁力达到传动效果的真实性和可靠性。当提高主转盘转速时，从转盘有最大转速（即转速有限），通过双发传动的方式控制不同的电机转动，可以有效控制船体方向。

3.2 作品的优势和创新点

装置现象明显，传动效果好，设计思路清晰，充分验证了通过磁场力达到传动效果的真实性和可靠性，并直观地体现了磁场间的相互作用。而且整套装置采用透明材质使得实验现象一目了然并且制作方便，可用于日常教学工作。装置的应用性强，操作简单，在未来的工业，军事方面前景广阔。

4 结束语

一旦这种装置运用成熟，可以进一步推广到潜艇和深海探测器上。由于船体可以密封一体化，就可以改变潜艇的艇身的结构，从而可以增加它们的下潜深度，有效地减少了深海海水的强大压力对潜艇的伤害，同时对潜艇结构的要求也会大大降低。这不但进一步提高了潜艇的隐蔽性，而且对整个船舶的动力形式和结构设计都有很好的借鉴意义。

参考文献

[1]物理[M].人民教育出版社，2004.

[2]伽莫夫.物理世界奇遇记[M].科学出版社，2006.

作者简介：黄明 （1998-），男，武汉人，武汉市第二中学高三（6）班学生。