有关电磁炮的一些理解.doc

有关电磁炮的一些理解(理学院 10122543 宋博艺)一、前言：电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程因而引起了世界各国军事家们的关注自80年代初期以来，电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分二、问题：1、电磁炮在炮弹发射出去后，因为空气阻力与速度的平方甚至更高次方成正比，造成炮弹速度迅速减小，这就需要消耗更多的能量。因为电磁炮属于动能杀伤武器，速度有至关重要的作用，所以必须解决空气阻力和初速度不够高的问题；2、目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大，这是加速能力不足造成的。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比，因此如何获得足够强的电流和足够强的电场也是需要解决的问题。要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术，但超导磁体需要冷却到很低温度(如液氦温度，约-269C)才能发挥作用，这对于军事是个问题，会大大降低发射装置的灵活性；3、如果要提高炮弹的初速度和加速能力，就需要强电流和强磁场，但也正由于会带来大电流发热问题和炮身腐蚀问题。同时由于电磁炮作为武器装备，势必要保持一定的尺寸以保持足够的灵活性。所以对电磁炮的加速能力会进一步提高要求。 三、解决方案：1、传统电磁炮：（1）线圈炮：线圈炮又称交流同轴线圈炮由加速线圈和弹丸线圈构成根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生洛仑兹力，使弹丸加速运动并发射出去。这是电磁炮最早的设计形式。但是感应电流不可能很大，同时由于弹丸线圈允许通过的最大电流的限制，从而限制了加速 （2）轨道炮：轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸当两轨接人电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，但是如果长期电流强度过大会造成炮身腐蚀，而且此电磁炮原理与滑膛枪又些类似，弹丸在空中飞行时容易造成飞行不稳和落点误差，也会减小杀伤力轨道炮（3）电热炮：电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料（如聚乙烯）蒸发蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速此类电磁炮仍未脱离传统火炮的工作模式，仍然采用热膨胀气体推动。容易使炮管发热，影响工作效率及精度，对材料也有一定的要求，不但需要炮身有良好的抗温差性能和抗高温性能，还有有足够的导电部分和绝缘部分，对等离子体生成材料也需要考虑。另外还有废气和污染问题。（4）重接炮：重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进重接炮是电磁炮的最新发展形式此类电磁炮仍受到尺度，电流强度和磁场强度的限制。但由于电流强度主要由炮身矩形线圈的线路决定，可大大提高发射速度。2、部分设想及解决方案概述：（以下设计中弹丸均设计为流线型，部分特殊说明的需再添加尾翼或微小侧翼。）（1）采用轨道炮的模型，但所加强电流采用大电容蓄电瞬间释放的方法。可先用高压对大电容进行充电，在发射弹丸时使其瞬间将所蓄电荷全部放出，造成瞬间大电流。至于强磁场的获得也可由类似的方法产生瞬间强磁场。为保持同步性最好使用计算机进行控制。也可由几个小容量电容串联获得此效果。而且可以利用电容的数量来调节射程。若是固定地面设施在条件允许的条件下还可以使用高温超导材料，从而进一步提高电压和磁场强度。由于电容充电放电的速度较快，但有适当间隔，故弹丸可以进行连发，进行快速区域性打击，也可用于快速防空。（需要加尾翼）固定发射台的电磁炮舰载式电磁炮陆基式电磁炮2、在轨道炮或重接炮的基础上，对弹丸和炮身进行部分改造。弹丸使用传统弹丸模式。在弹头后添加少量固体火药。利用火药燃烧产生的冲击力将弹丸提升至一个速度水平。此阶段在一段较细的管内进行。管内设膛线，使弹头开始旋转，从而在飞行中保持稳定。在该段管口处加设一块橡胶薄膜，以避免热气流对电磁加速部分产生干扰和影响，也可降低发射时的噪音，提高隐蔽性。在进入电磁加速区域时可采用（1）中所述的大电容瞬间高压法进一步提升弹丸的速度。从而将弹丸的速度提升至一个较高的水平，同时旋转保持平衡和精确性。也可由普通高压对其加速以利用携带，提高机动性。由于此类电磁炮可在较短的距离内加速至一个客观的程度。故可用于单兵攻防，反装甲武器以及车载型防空设施等。电磁炮中的磁场分布3、还可以以轨道炮等作为模版将弹丸前半部分和后半部分绝缘，前半部分采用向电压，而尾部则采用正向电压，同时使用机械对弹丸进行压制。发射开始时正反电压平衡，在正向电压超过逆向电压及机械阻力达到最大值的同时带动逆向电压开关及机械开关，产生最大的加速度，从而可以使弹丸有一个相对较大的初速度。但此方法易造成炮身腐蚀，缩短设备的使用寿命，发射时准备时间较长。不过可以发射较大的弹丸，同时提高射程。特别用做陆基时，可以采用公里级直线加速器，以及高温超导材料等都可以大幅度提高发射速度并提高射程。宜用作远距离、超远距离常规打击以及天基反导系统。（需加设尾翼，若需旋转可使用侧翼并辅以低压正交磁场。）可装备于军舰进行远距离打击的电磁轨道炮四、尚未解决的问题：由于目前的各种设施的限制无法产生太高的电压，或是产生高压的仪器不利于携带，致使电磁炮的体积一直无法缩小，从而限制了它的使用。所以应该积极寻找小体积高电压产生装置及高效储能装置以解决电磁炮的体积缩小化问题。电磁炮的弹丸在射出时为直线或抛物线，弹体本身不旋转，应该采取设置膛线或微小侧翼加正交磁场的方法使弹丸旋转从而保持稳定性并加大杀伤力。以及如何最大程度的减小空气阻力维持原动能。五、后记电磁泡与常规火炮相比，有以下特点：电磁炮利用电磁力所作的功作为发射能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性电磁炮可根据目标的性质和距离，调节、选择适当的能量来调整弹丸的射程从发射能量的成本来看，常规火炮的发射药产生每兆焦耳能量需10美元，而电磁炮只需0.1美元电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途十分广泛（一）用于天基反导系统：电磁炮由于初速度极高，可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹，还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹因此，在美国的“星球大战”计划中，电磁轨道炮成为一项主要研究的任务（二）用于防空系统：美军认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹遂行防空任务美国正在研制长7.5米、发射速度为500发分、射程达几十千米的电磁炮，准备替代舰上的“火神方阵防空系统”用它不仅能打击临空的各种飞机，还能在远距离拦截空对舰导弹英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮（三）用于反装甲武器：美国的打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹，可穿透25.4mm厚的装甲有关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿透模拟的T72、T80坦克的装甲厚度由此可见，电磁炮