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我国在研制不烧油的发动机

2019-06-15 19:03 主页 来源:未知

我国在研制不烧油的发动机


在科幻大作《流浪地球》中,设定了一种“重元素聚变发动机技术”,简单来说就是烧石头,把山脉当作燃料,让12000台行星发动机产生巨大的动力,推动地球脱离太阳系。对于作者大刘的脑洞,大喵深感敬佩,同时也想到了我国正在研制的一种不烧油的舰船发动机。

我们所熟知的舰船推进方式,无非传统的划桨、后来的螺旋桨推进、喷水式推进,以及更先进的磁流体推进技术。其中,喷水式推进适合于高速舰船使用,它的原理简单来说就是通过推进水泵喷出的水流获得反作用力推动船只前进,至于磁流体推进技术,目前来说成本过高,速度也比较慢,大喵有机会再单独讨论。

喷水式推进固然优点颇多,但是缺点同样不容小觑,其中最明显的就是结构复杂,系统庞大。最典型的喷水推进系统结构包含传动装置、推进水泵、管道系统等,依靠一系列组合部件维持运转,如此一来,整个动力系统体积变得非常庞大,并且在水草或者杂物较多的水域中,管道非常容易出现堵塞,在使用过程中的噪音也比较大。因此,如何让喷水发动机的结构更为简化,推进效率更高,就成为了船舶动力系统中需要解决的一大难题。

对此,我国正在研制一种水冲压喷射推进发动机,其中较为成熟的便是钠水反应喷水发动机。这种发动机最独特的地方在于,它不用烧油,“烧”金属就能驱动。

在中学化学课上我们学过,活泼性较强的碱金属和碱土金属,(分别位于元素周期表的第I主族和第II主族,除氢和放射性元素外),都可以和水反应,生成氢气和相应的碱,并释放出大量的热。这个原理为钠水式发动机提供了理论支撑。我国的科研人员正在研制的钠水式发动机,工作原理为:

先用电热装置将金属钠加热为液态(金属钠熔点97.7℃),接着将液态金属钠与水在反应室中发生剧烈的化学反应,生成氢气和大量的热,同时产生大量水蒸气,使容器的压力不断增高,在快速喷出后产生推力,驱动船舶航行。反应室的顶部装有收集氢气的气室,氢气导入燃料电池用于发电,当容器内的水全部喷完后,气室阀门打开容器重新注水,完成循环工作,实现持续运转。

钠水式发动机的好处显而易见,一是免去了传统喷水发动机的复杂系统,二是回收的氢气可以为燃料电池供能,三是推进效率高,如果实际应用后,可提升潜艇和鱼雷的速度。当然了,钠水式发动机目前仍然属于比较前沿的领域,仍有一些亟待解决的问题,其中包括:

钠作为一种活泼金属,如何储存是个大麻烦。中学实验室的金属钠都保存在煤油里,在实际应用中风险很高。另外,钠和水反应后的产物之一便是氢氧化钠,俗称烧碱,对环境和机器本身都具有强烈的腐蚀作用,处理氢氧化钠又需要额外的成本。此外,将金属钠作为燃料使用,价格实在太高,因为用电解法制备金属钠需要消耗大量的电能。即便如此,钠水式发动机仍然具有其它推进系统不具备的优势,如果把它专门应用于鱼雷、无人潜航器等装备中,未来潜力不可估量。