Eur. Phys. J. AP 6, 57-60 (1999)
https://doi.org/10.1051/epjap:1999152

Electromagnetic properties of a modular MHD thruster

¹ Laboratoire de Génie Électrotechnique, Institut universitaire de Technologie de l'Université de Douala, B.P. 8698, Douala, Cameroun
² Centre de Recherches sur les Très Basses Températures, Laboratoire d'Électrotechnique de Grenoble, B.P. 166, 38042 Grenoble Cedex 09, France

Received: 1 July 1998
Revised: 8 December 1998
Accepted: 8 December 1998
Published online: 15 April 1999

Abstract

The magnetic field of an annular MHD thruster made of independent superconducting modules has been studied with analytical and numerical methods. This configuration allows to obtain large magnetized volumes and high induction levels with rapidly decreasing stray fields. When some inductors are out of order, the thruster reMayns still operational, but the stray fields increase in the vicinity of the failure. For given structural materials and superconductors, it is possible to determine the size of the conductor in order to reduce the electromagnetic forces and the peak field supported by the conductors. For an active field of 10 T in a 6 m ray annular active channel of a thruster with 24 modules, the peak field is exactly 15.6 T in the Nb₃Sn conductors and the structure has to sustain 10⁸ N/m forces. The necessity to place some magnetic or superconducting shield is discussed, particularly when the thruster is in a degraded regime.

Résumé

Nous présentons une étude analytique et numérique du champ magnétique d'un propulseur MHD naval annulaire, constitué de secteurs inducteurs supraconducteurs. Cette configuration nécessite des champs magnétiques élevés dans des volumes importants, et permet une décroissance rapide des champs de fuite. Lorsque quelques inducteurs sont en panne, le propulseur reste toujours opérationnel, Mays les champs de fuite sont importants aux environs des modules hors service. Étant donné un matériau supraconducteur, il est possible de déterminer la forme des inducteurs dans le but de réduire à la fois les forces électromagnétiques et le surchamp supporté par le bobinage. Pour un propulseur annulaire constitué de 24 modules inducteurs, et un champ actif de 10 T au centre de la partie active du canal (r = 6 m) on obtient avec du Nb₃Sn un champ maximun sur le conducteur de 15,5 T et la structure supporte une force de 10⁸ N/m. De plus, la nécessité de placer des écrans magnétique ou supraconducteur en régime dégradé (mise hors service d'un ou de plusieurs modules inducteurs) est discutée.