Nie ma śruby - nie ma hałasu
Silniki magnetohydrodynamiczne mogą być używane do napędu dużych jednostek pływających, np. jachtów i łodzi podwodnych. Oczywiście, jednostki takie mogą pływać tylko w odpowiednio zasolonych wodach, ale takie występują w prawie wszystkich akwenach świata. Już około 20 lat temu w Japonii zbudowano kilkunastometrowej długości jacht z silnikiem magnetohydrodynamicznym, wyposażonym w elektromagnesy nadprzewodnikowe. Silniki takie mają szereg zalet, m.in. są bardzo proste i ciche, dzięki czemu nie powodują zaburzeń wody umożliwiających wykrycie pływającego obiektu. Dlatego też interesuje się nimi wojsko i wiele wyników badań zostaje utajnionych.
Wirująca woda
We wczesnych latach 60. XX wieku, amerykański naukowiec Stewart Way przeprowadził na uniwersytecie kalifornijskim w Santa Barbara eksperyment w którym zademonstrował w jaki sposób pole magnetyczne może napędzać okręt podwodny.
Napęd magnetohydrodynamiczny zamienia wodę w rodzaj wirnika. Każdy zresztą może spróbować taki model zbudować. Potrzeba do tego baterii, magnesu, przewodów i oczywiście wody. Kranówkę trzeba zasolić.
Jak to działa? Po umieszczeniu dodatniej i ujemnej elektrody w słonej wodzie postaje pole elektryczne. W zasolonej wodzie powstają zarówno jony dodatnie, jak i ujemne, które pod wpływem pola elektrycznego poruszają się. Jednak ruch jonów sam w sobie nie wytwarza żadnego napędu. Do tego potrzebne jest również pole magnetyczne, czyli magnes. Za jego pomocą wytwarzane jest pole magnetyczne. Prostopadle do linii pola elektrycznego występują linie indukcji pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy. Dzięki temu ciecz jest przyspieszana wzdłuż kanału silnika.
Umożliwia to budowę silników elektrycznych pozbawionych części ruchomych do modeli pojazdów wodnych. System tego rodzaju jest cichy i eliminuje konieczność używania śruby i wału napędowego, przekładni napędu i innych związanych z nimi elementów mechanicznych. Dodatkowo, mechanika w tego rodzaju układzie napędowym nie jest złożona, jeśli układ wykorzystuje nadprzewodnictwo.
Do pojawienia się nadprzewodników, ilość energii niezbędnej do wytwarzania pola magnetycznego dla pracującego układu napędowego MHD okrętu podwodnego była olbrzymia. Nadprzewodnikowe magnesy - z uwagi na brak generowanego normalnie przez opór elektryczny ciepła - mogą wytwarzać bardzo silne pole magnetyczne, niezbędne do wytworzenia ciągu zdolnego poruszać okręt podwodny. Napęd MHD działa dzięki wykorzystaniu siły Lorentza, kiedy pole magnetyczne oddziałuje na poruszający się ładunek elektryczny zjonizowanej wody morskiej.
Woda morska wpływa do urządzenia wytwarzającego ciąg, gdzie w obszarze pola magnetycznego wytworzonego przez elektromagnes płynie przez nią między elektrodami prąd elektryczny o kierunku prostopadłym do kierunku pola magnetycznego i ruchu wody. Na wodę, tak jak na przewodnik znajdujący się w polu magnetycznym, w którym płynie prąd elektryczny działa siła. Siła ta przyspiesza wodę przepływającą przez urządzenie tworzące ciąg, a zgodnie z trzecią zasadą dynamiki Newtona odpowiadająca jej siła reakcji (ciąg) oddziałuje na okręt w kierunku przeciwnym.
Japoński prototyp
Aktualna wydajność istniejących napędów MHD jest jeszcze niska, i według danych przedstawionych w roku 1988 na londyńskiej konferencji „London Underseas Defense” wynosiła 5 proc. a nawet mniej, jednakże postęp techniczny w tej dziedzinie jest bardzo szybki. W 1991 roku japońska „Fundacja Rozwoju Budownictwa Okrętowego”, w kooperacji z Mitsui Engineering and Shipbuilding, Hitachi Zōsen oraz Mitsubishi Heavy Industries, zwodowała 30-metrową jednostkę eksperymentalną „Yamato I”, wyposażoną w napęd MHD używający nadprzewodnictwa niskotemperaturowego.
Według specjalistów z amerykańskiego Naval Hydromechanics Division of David Taylor Model Basin z dostępem do japońskiego programu, „Yamato I” wyposażony jest w dwie bliźniacze podwieszane gondole MHD, każda składająca się z sześciu cewek dipolowych wokół 6 kanałów, ułożonych w pierścień celem redukcji radiacji elektromagnetycznej oraz eliminacji konieczności ekranowania. Każdy kanał ma 24 cm średnicy. Energię dla bliźniaczych gondol zapewniają dwa generatory elektryczne napędzane przez silniki Diesla, produkujące około 4 megawatów energii elektrycznej.
Zapewnia to jednostce prędkość konstrukcyjną 8 węzłów. Konstrukcja ma wydajność mniejszą niż 4 proc., generuje bąble wodorowe (hałas) i zmaga się korozją elektrod. To notoryczne wady napędu magnetohydrodynamicznego, które muszą zostać usunięte, jednakże perspektywa pozbycia się z okrętów podwodnych masywnych wałów, hałaśliwych przekładni i śrub, powoduje że koncepcja MHD jest bardzo atrakcyjna dla konstruktorów okrętów podwodnych na początku XXI wieku.
