专业资料 电磁炮（轨道炮、同轴线圈炮、重接炮）的工作原理

电磁炮（轨道炮、同轴线圈炮、重接炮）的工作原理电磁炮利用电磁力（洛仑兹力）沿导轨发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。由加速方式又分为线圈炮、轨道炮、重接炮和电热炮。电热炮使用电加热产生高温等离子体推动弹丸，其原理又类似古代的蒸汽大炮。重接炮本质上也属于一种线圈炮，区别只在于线圈排列方式有所不同一、电磁炮的弹丸除非在太空中使用，电磁炮的弹丸都需要在空气中飞行直到击中目标。根据空气阻力的公式：F=12p0SV2一般取： V=kS32,M=Vp1,E=12MV2联立可知，FE=P0PIS也就是说弹丸单位行程的动能损失基本上与其速度无关，只与其特征迎风面积有关。当然这只是估算方程，实际上超过音障后特征迎风面积是随速度变化而不断变化的。显然，要减少弹丸的动能损失，必须选择高密度的材料。此外，除了电热炮不要求弹丸的电磁性能，线圈炮和轨道炮都要求弹丸具有高导电性。因此，电磁炮的弹丸又可分为一体式和分离式。一体式弹丸本身即是导电体，为了兼顾导电性要求和高密度要求,最理想的的材质是黄金或银，其次是紫铜。分离式弹丸在离开“炮体”后，高密度的弹丸即与低密度的环形导电体（助推壳）分离。其中导电材料需要高导电系数、轻质和必要的强度。最理想的的导电体是高度整齐石墨烯或碳纳米管，最理想的的弹丸材料是钺伯合金。然而10kg的徐伯价格达数百万人民币一一这个价格相对于1kg单向石墨烯或碳纳米管已经便于的近乎可以忽略了。经济上比较现实的导电体材料是高强度铝，弹丸则是鸨或贫铀。二、发射装置线圈炮的发射线圈采用水冷铜线圈，线圈本身没有技术含量（也意味着没有提升空间），更多的研发集中在如何提高瞬间大功率的高频电流。而轨道炮的轨道则一直被各国讳莫如深（讳莫如深的原因可能是怕被抄袭，也可能是想看着后来者掉进同样的坑里）。轨道需要让弹丸以至少3千米每秒的速度划过并保持超大电流的供电，现阶段很难想象有某种材料可以承受。三、发射准备工作电磁炮的电磁推进装置必然比传统火炮更加笨重，所以军用的电磁炮很可能使用传统火炮作为预推进。另外为了避免弹丸在炮内高速运动产生击波，发射前炮内会充入低密度的高温氢气或蒸汽。三、射程和精度电磁炮弹丸的动能在稠密大气层中极速衰减，弹丸单位行程的动能损失与其动能成正比，与迎风面积的开方成反比，而对于特定密度和形状的弹头，迎风面积的开方与弹丸质量的开方成正比。也就是说,在初动能不变的情况下，弹头减小7/8,初速度就必须增加一倍才能获得同样的射程。10kg弹丸在第一宇宙速度下的射程大约为100km（速度衰减到穿甲弹的程度，可以令万吨排水量的军舰受损但是不会沉没）在大气中的滞留越短，动能随时和大气引起的偏移越小。然而弹丸在炮内的加速度是受助推壳导电性能限制的，要增加初速度，只能增加炮长。初速度在2千米每秒以下的弹丸是没有意义的，这一速度已经足以产生黑障了。能够承受大加速度、能够破障通信制导的制导系统即使存在，成本也是极高的，同时也会挤占弹头空间，减小弹头密度，增加阻力。合理的武器级电磁炮装置很可能采用无制导或激光推理制导。由于电磁炮的初速度可控，其初速度可以比传统火炮精确，然而大气扰动产生的干扰是不能避免的。典型的10kg弹丸可以在10km内实现无制导打击。更远的距离下则需要激光推力制导。激光推理制导则是使用四台大功率激光器布置在电磁炮四周。制导时，激光照射弹丸表面的氮化硅涂层使之气化产生侧向推理。推力点在弹丸侧面靠前端（箭形弹），因此只需要很小的推力就能使弹丸偏转。四、应用领域和针对性技术计划中，电磁炮主要用于对战机的打击和弹道导弹、续航导弹的拦截，需配备超高精度相控阵雷达、超高分辨率红外/可见光摄像头阵列、目标特征识别AI系统、气相雷达（观察大气状况便于计算阻力和风制偏转）、超级计算机。电磁炮的天敌也是：超高分辨率红外/可见光摄像头阵列+