磁流体推进技术是一种以磁场为驱动力的，具有较高的能量转化效率和能量利用率的流体推进技术。它是利用磁场来驱动旋转运动以产生推力的一种推进方法。磁流体发动机由磁流体涡轮机、涡轮、螺旋桨或叶轮等构成。磁流体涡轮发动机是一种新型节能环保型推进装置，可在较低的功率下获得很高的推进力。磁流体螺旋桨推进器是将磁流体涡轮推进器与机械叶轮有机结合而成的，以螺旋桨为推力源，通过转动叶轮，带动旋转，使转子与工作叶轮中磁通方向相互耦合产生强大推力。

一、推进原理

磁流体发动机在磁场中运转，靠磁体中的磁极和液体中的分子间相互作用产生磁场，通过磁流体发动机转子将旋转运动转化为旋转推力。磁流体发动机的工作原理是，根据磁力线在涡流中的受力情况和电流密度分布特性，将磁极与液体之间进行适当组合形成交变磁极系统。如果在交变磁极两端分别安装磁转子和磁铁，则就能形成相互排斥产生力矩而产生推动力。磁场和涡流相互作用形成交变磁力线，这种力通过绕在涡流周围的磁场产生推动力。磁流体发动机中用的磁体包括金属、铁粉或硅粉等材料，根据其材料不同使用温度也不同。

目前广泛使用的磁场有三种形式：

①高频感应电动势（HF）：磁场与电流相互作用形成感应电动势。

②低频感应电动势（HH）：磁力线从一个磁极流向另一个磁极，两个磁极间所产生的电流方向与线圈方向一致或相反，在线圈之间形成恒定电流强度（通常为每秒几千安）。

③低频感应电势脉动磁场（HFG）：磁流体发动机在不通电时，涡流在交变磁力线的作用下周期性地运动。

磁流体发动机工作时应注意：

①必须保证足够的推力才能使其有效工作。

②由于产生能量以磁场形式存在，因此功率密度必须足够大。

③由于需要消耗大量电能使其产生推力需要较大电量消耗。

④磁场强度一般不宜超过高斯（磁场强度的单位为高斯，即国际单位制）。

⑤在较高效率时须避免发生磁饱和现象且必须有较高功率输出才能获得良好推力效果。

⑥应尽可能避免发生涡流、激波等复杂流动现象和较大功率输出的涡流、激波现象发生。

⑦由于发动机体积限制和转速限制等原因不宜采用高频感应电动势工作形式。

⑧磁转子转速在转/分以下就可获得很好推进效果；转速高于转/分时需提高磁场强度才能获得推力，但这时功率效率仅在25%左右，并且效率随负载变化（负载增加时输出功率降低）；磁转子旋转角度对效率影响很大，若不能使其在某一角度下运转就无法工作；在大范围转动时效率降低且随距离增大而降低；转速高于转/分时，效率反而下降（与离心力有关）等问题导致磁流体发动机不能很好地应用于航空和航天领域并被其他领域采用（如火箭推进、喷气推进等）；目前的磁流体发动机均采用交流发电机或直流发电机提供电源，因其结构复杂、功率密度低、造价高。由于交流发电机和直流发电机具有各自的缺点和不足，故目前还没有广泛应用的磁流体发动机。

二、工作过程

磁流体发动机的工作过程主要包括以下几个阶段：

（1）叶轮旋转前的准备阶段。

由于磁流变材料的特性决定了磁流体叶轮必须是一个整体，否则将导致转子和叶尖间隙之间产生涡流并形成旋转磁场，在叶轮与磁场间将产生一个摩擦力矩。为了使这个力可以传递给转子旋转运动，需要在工作状态下进行一系列调整。

（2）磁流体推进器的启动和调转过程。

工作状态下的磁流体发动机需要通过一个或几个磁通传感器，对转子与轴之间的电磁磁场进行测量。然后调整转子旋转速度等参数来使磁通传感器指示出转子转速与轴转速相等，进而使其转速一致。

当转子达到一定速度后，转子需要进行一系列调转，以使得其转速与所需速度一致。首先由磁流体马达驱动转子作加速旋转运动。

（4）磁场的变化过程。

由于在工作状态下磁场是处于稳定状态的，因此旋转磁场所产生的推力也保持不变，即磁场是恒定不变的。在磁流体推进器中，由于电机转速恒定，所以在磁流体马达上安装一个磁通传感器并测量到其输出电流和磁阻变化率即可得到转子所需的转速与轴速度等参数，再由转子旋转速度来驱动磁通传感器指示出转子所需转子功率以及相应的输出扭矩和转矩、转矩率等参数，从而使转子以恒定不变速度运动。

（5）推力与转矩之间的转换过程。

如果在磁性材料上加载一个电流回路，则其产生出来的感应电动势将通过电流与磁场之间的耦合作用将磁场能量转换为电能输出到发电机或电池中。

（6）发电机的输出功率及其效率与转速成正比关系；转速越高其输出功率及效率越高；同时还具有较低排放污染及噪声等优点；由于转子直径是固定不变和无磁导率变化范围较大使得转矩与转速成正比关系；由于电机功率是由电流通过磁场产生而改变而不是由磁场直接作用于转子而改变所以可获得最大转矩和最小能耗。

（7）磁流体推进器所产生的推力及其效率随转速与轴转矩率成正比关系在无磁导率变化范围较大时会受到影响。（8）对磁流体推进器进行调节与控制：调节电流大小、转速及桨叶角度等参数以达到推力大小稳定，实现推力稳定。

（9）磁流体推进器在工作状态下可获得多大推力？由于磁流变材料具有各向同性特性以及它在交变磁场中具有很好的稳定性特点，所以在磁流变材料上所用磁通和电流密度都比较大，可以产生很高而稳定的磁力场以产生较强、较大和稳定而推力就是利用磁场作为激励源来驱动旋转运动，从而达到推力稳定和提高推进效率等目的。

三、存在的问题和发展趋势

尽管磁流体推进技术已经取得了长足的发展，但其还存在着一些有待于进一步解决的问题。

（1）推进功率低：磁流体发动机推力较小，不能满足高速飞行器高机动、高速度要求；

（2）安全性和可靠性较差：推进剂泄漏容易引起爆炸、燃烧，产生的热污染也会导致人员中毒等事故；

（3）成本偏高：需要较大功率才能获得推力，而且其能量转化效率低。

从目前的发展趋势看，磁流体推进技术仍然处于探索阶段，还没有成熟的产品问世，也没有成熟稳定的运行模式。因此未来发展空间仍然很大。