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中國科學家們宣布，他們已經(jīng)開發(fā)出一種能夠?qū)⒏叱羲龠\動的熱氣體轉(zhuǎn)化為強大電流的發(fā)電機，這種電流可以為未來的高能武器提供動力。該裝置使用不到一升的高超音速氣體就能產(chǎn)生高達212千瓦的脈沖電流。

正文

中國科學家宣布，他們已經(jīng)成功開發(fā)出一種高超聲速發(fā)電機，可以將高溫高速的氣體轉(zhuǎn)化為強大的電流，為未來的激光、軌道炮、微波武器等脈沖能武器提供動力。這項技術(shù)也有可能用于民用領(lǐng)域，如核聚變能源或緊急情況下的強力求救信號。

據(jù)《南華早報》報道，中國科學院力學研究所的張曉遠副研究員帶領(lǐng)的團隊發(fā)表在《中國理論與應(yīng)用力學學報》上的一篇論文中介紹了這項技術(shù)。

在一個實驗中，他們使用了一種基于爆轟驅(qū)動高超聲速氣體流動（DDHG）模型來模擬磁流體發(fā)電機（MHDG）系統(tǒng)，并用不到一升的高超聲速氣體就產(chǎn)生了高達212千瓦的電流，顯示出它在極短時間內(nèi)釋放巨大能量的潛力。

磁流體發(fā)電機是解決脈沖能武器開發(fā)和部署中最大的難題之一。脈沖能武器是指利用巨大的能量脈沖來摧毀目標的武器，如激光、軌道炮、微波武器等。傳統(tǒng)的燃燒方式，如噴氣發(fā)動機中的化石燃料燃燒，無法快速產(chǎn)生足夠的離子化氣體來進行高功率發(fā)電。

中國科學家表示，他們制造出來的高超聲速發(fā)電機具有容量大、效率高、無需中間儲能組件、無需高功率開關(guān)、啟動快等優(yōu)點，并且沒有旋轉(zhuǎn)部件，增加了效率和易用性。

他們還表示，如果使用177立方英尺（約5立方米）的高超聲速等離子體，就可以產(chǎn)生千兆級別（1千兆=1000兆）的輸入功率，這是目前許多武器所需的功率水平。

不過，中國還沒有準備好部署這種新系統(tǒng)。在運輸和使用過程中還有許多物流難題需要解決，比如如何控制爆炸、如何在移動時補充氣體等。此外，如果要實現(xiàn)技術(shù)的自動化和連續(xù)化，還需要進一步完善裝置的設(shè)計和性能。

知識延伸

磁流體發(fā)電機（MHDG）的原理

磁流體發(fā)電機（MHDG）的原理是利用導電流體（如氣體或液體）與磁場相對運動而發(fā)電的一種設(shè)備。

導電流體在通道中橫越磁場時，由于電磁感應(yīng)而在垂直于磁場和流速的方向上感生出一個電場，如果把導電流體與外負載相接，導電流體中的能量就可直接轉(zhuǎn)換成電能，向外輸出。

這樣能省去普通發(fā)電機組中某些能量轉(zhuǎn)換的中間過程，因此這種發(fā)電又稱磁流體直接發(fā)電。在這種發(fā)電裝置中主要部件是發(fā)電通道、電極和磁場。

根據(jù)電流由導電流體中引出的方式，發(fā)電裝置可分為傳導式和感應(yīng)式兩種。

在傳導式發(fā)電器中，電流是通過發(fā)電通道兩側(cè)的電極引出的；在感應(yīng)式發(fā)電器中，沒有電極，電流直接由磁場繞組輸出。根據(jù)輸出電流的類別，發(fā)電裝置可分為交流和直流兩種。

根據(jù)工作介質(zhì)在裝置中是一次使用還是在系統(tǒng)中循環(huán)使用,發(fā)電裝置可分為開式和閉式兩種。根據(jù)發(fā)電通道幾何形狀的不同，發(fā)電裝置可分為直線型、渦旋型和徑向外流型等幾種。

開式循環(huán)直線型磁流體發(fā)電裝置是一種典型的應(yīng)用。這種發(fā)電裝置中的工作介質(zhì)是溫度2500~3500K的高溫等離子氣體。

等離子氣體在連續(xù)或分段的直線型發(fā)電通道中橫越磁場時，由于霍爾效應(yīng)（Hall effect），即當?shù)入x子體密度較低時，氣體中的正負離子在磁場中偏轉(zhuǎn)不同角度而產(chǎn)生垂直于平行于磁場方向的霍爾電流，從而產(chǎn)生感應(yīng)出一個垂直于磁場和霍爾電流方向的平行于通道方向的霍爾電壓，即達成了發(fā)電的目的。

MHDG技術(shù)的優(yōu)點

無需旋轉(zhuǎn)部件、無需中間儲能組件、無需高功率開關(guān)等，可以在高達3000 K以上的溫度下工作，從而提高了熱效率。傳統(tǒng)的燃燒方式，如噴氣發(fā)動機中的化石燃料燃燒，受到材料和結(jié)構(gòu)的限制，一般不超過2000 K，而且無法快速產(chǎn)生足夠的離子化氣體來進行高功率發(fā)電。

張曉遠團隊表示，他們制造出來的MHDG系統(tǒng)在一些條件下可以達到千兆級別（1千兆=1000兆）的輸入功率，這是目前許多武器所需的功率水平。

例如，在假設(shè)氣體為理想氣體、比熱容為1005 J/kg·K、溫度為3000 K、壓力為10 MPa、速度為14 Mach時，需要約0.4 kg/s的質(zhì)量流量才能達到1000 MW的輸入功率。而要達到這樣的質(zhì)量流量，需要約5.6 m3/s的體積流量。如果假設(shè)氣體在進入MHDG之前是均勻分布在177立方英尺（約5立方米）的空間內(nèi)，則需要約1.12 s才能將所有氣體輸送到MHDG中。