電磁炮的一些理解

時間：2023-05-01 03:18:43 資料我要投稿

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有關電磁炮的一些理解

(理學院 10122543 宋博藝)

一、前言：

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術制成的一種先進的動能殺傷武器．與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同，電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力，其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程．因而引起了世界各國軍事家們的關注．自80年代初期以來，電磁炮在未來武器的發(fā)展計劃中，已成為越來越重要的部分．

二、問題： 1、電磁炮在炮彈發(fā)射出去后，因為空氣阻力與速度的平方甚至更高次方成正比，造成炮彈速度迅速減小，這就需要消耗更多的能量。因為電磁炮屬于動能殺傷武器，速度有至關重要的作用，所以必須解決空氣阻力和初速度不夠高的問題；

2、目前電磁炮能夠發(fā)射的炮彈質量仍然不大，這是加速能力不足造成的。加速炮彈的力與磁場和電流之積成正比，因此如何獲得足夠強的電流和足夠強的電場也是需要解決的問題。要獲得足夠強的加速磁場一般靠超導磁體。用超導線圈產生磁場已是相對成熟的技術，但超導磁體需要冷卻到很低溫度(如液氦溫度，約-269°C)才能發(fā)揮作用，這對于軍事是個問題，會大大降低發(fā)射裝置的靈活性；

3、如果要提高炮彈的初速度和加速能力，就需要強電流和強磁場，但也正由于會帶來大電流發(fā)熱問題和炮身腐蝕問題。同時由于電磁炮作為武器裝備，勢必要保持一定的尺寸以保持足夠的靈活性。所以對電磁炮的加速能力會進一步提高要求。

三、解決方案：

1、傳統(tǒng)電磁炮：

（1）線圈炮：線圈炮又稱交流同軸線圈炮．由加速線圈和彈丸線圈構成．根據(jù)通電線圈之間磁場的相互作用原理而工作的．加速線圈固定在炮管中，當它通入交變電流時，產生的交變磁場就會在彈丸線圈中產生感應電流．感應電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用，產生洛侖茲力，使彈丸加速運動并發(fā)射出去。這是電磁炮最早的設計形式。但是感應電流不可能很大，同時由于彈丸線圈允許通過的最大電流的限制，從而限制了加速．

（2）軌道炮：軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去．它由兩條平行的長直導軌組成，導軌間放置一質量較小的滑塊作為彈丸．當兩軌接人電源時，強大的電流從一導軌流入，經滑塊從另一導軌流回時，在兩導軌平面間產生強磁場，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會以很大的速度射出，但是如果長期電流強度過大會造成炮身腐蝕，

而且此電磁炮原理與滑膛槍又些類似，彈丸在空中飛行時容易造成飛行不穩(wěn)和落點誤差，也會減小殺傷力．

軌道炮

（3）電熱炮：電熱炮的原理完全不同于上大學網述兩種電磁炮，其結構也有多種形式．最簡單的一種是采用一般的炮管，管內設置有接到等離子體燃燒器上的電極，燃燒器安裝在炮后膛的末端．當?shù)入x子體燃燒器兩極間加上高壓時，會產生一道電弧，使放在兩極間的等離子體生成材料（如聚乙烯）蒸發(fā)．蒸發(fā)后的材料變成過熱的高壓等離子體，從而使彈丸加速．此類電磁炮仍未脫離傳統(tǒng)火炮的工作模式，仍然采用熱膨脹氣體推動。容易使炮管發(fā)熱，影響工作效率及精度，對材料也有一定的要求，不但需要炮身有良好的抗溫差性能和抗高溫性能，還有有足夠的導電部分和絕緣部分，對等離子體生成材料也需要考慮。另外還有廢氣和污染問題。

（4）重接炮：重接炮是一種多級加速的無接觸電磁發(fā)射裝置，沒有炮管，但要求彈丸在進入重接炮之前應有一定的初速度．其結構和工作原理是利用兩個矩形線圈上下分置，之間有間隙．長方形的“炮彈”在兩個矩形線圈產生的磁場中受到強磁場力的作用，穿過間隙在其中加速前進．重接炮是電磁炮的最新發(fā)展形式．此類電磁炮仍受到尺度，電流強度和磁場強度的限制。但由于電流強度主要由炮身矩形線圈的線路決定，可大大提高發(fā)射速度。

2、部分設想及解決方案概述：（以下設計中彈丸均設計為流線型，部分特殊說明的需再添加尾翼或微小側翼。）

（1）采用軌道炮的模型，但所加強電流采用大電容蓄電瞬間釋放的方法。可先用高壓對大電容進行充電，在發(fā)射彈丸時使其瞬間將所蓄電荷全部放出，造成瞬間大電流。至于強磁場的獲得也可由類似的方法產生瞬間強磁場。為保持同步性最好使用計算機進行控制。也可由幾個小容量電容串聯(lián)獲得此效果。而且可以利用電容的數(shù)量來調節(jié)射程。若是固定地面設施在條件允許的條件下還可以使用高溫超導材料，從而進一步提高電壓和磁場強度。由于電容充電放電的速度較快，但有適當間隔，故彈丸可以進行連發(fā)，進行快速區(qū)域性打擊，也可用于快速防空。（需要加尾翼）

固定發(fā)射臺的電磁炮

艦載式電磁炮

陸基式電磁炮

2、在軌道炮或重接炮的基礎上，對彈丸和炮身進行部分改造。彈丸使用傳統(tǒng)彈丸模式。在彈頭后添加少量固體火藥。利用火藥燃燒產生的沖擊力將彈丸提升至一個速度水平。此階段在一段較細的管內進行。管內設膛線，使彈頭開始旋轉，從而在飛行中保持穩(wěn)定。在該段管口處加設一塊橡膠薄膜，以避免熱氣流對電磁加速部分產生干擾和影響，也可降低發(fā)射時的噪音，提高隱蔽性。在進入電磁加速區(qū)域時可采用（1）中所述的大電容瞬間高壓法進一步提升彈丸的速度。從而將彈丸的速度提升至一個較高的水平，同時旋轉保持平衡和精確性。也可由普通高壓對其加速以利用攜帶，提高機動性。由于此類電磁炮可在較短的距離內加速至一個客觀的程度。故可用于單兵攻防，反裝甲武器以及車載型防空設施等。

電磁炮中的磁場分布

3、還可以以軌道炮等作為模版將彈丸前半部分和后半部分絕緣，前半部分采用向電壓，而尾部則采用正向電壓，同時使用機械對彈丸進行壓制。發(fā)射開始時正反電壓平衡，在正向電壓超過逆向電壓及機械阻力達到最大

值的同時帶動逆向電壓開關及機械開關，產生最大的加速度，從而可以使彈丸有一個相對較大的初速度。但此方法易造成炮身腐蝕，縮短設備的使用壽命，發(fā)射時準備時間較長。不過可以發(fā)射較大的彈丸，同時提高射程。特別用做陸基時，可以采用公里級直線加速器，以及高溫超導材料等都可以大幅度提高發(fā)射速度并提高射程。宜用作遠距離、超遠距離常規(guī)打擊以及天基反導系統(tǒng)。（需加設尾翼，若需旋轉可使用側翼并輔以低壓正交磁場。）

可裝備于軍艦進行遠距離打擊的電磁軌道炮

四、尚未解決的問題：

由于目前的各種設施的限制無法產生太高的電壓，或是產生高壓的儀器不利于攜帶，致使電磁炮的體積一直無法縮小，從而限制了它的使用。所以應該積極尋找小體積高電壓產生裝置及高效儲能裝置以解決電磁炮的體積縮小化問題。電磁炮的彈丸在射出時為直線或拋物線，彈體本身不旋轉，應該采取設置膛線或微小側翼加正交磁場的方法使彈丸旋轉從而保持穩(wěn)定性并加大殺傷力。以及如何最大程度的減小空氣阻力維持原動能。

五、后記

電磁泡與常規(guī)火炮相比，有以下特點：

電磁炮利用電磁力所作的功作為發(fā)射能量，不會產生強大的沖擊波和彌漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性．電磁炮可根據(jù)目標的性質和距離，調節(jié)、選擇適當?shù)哪芰縼碚{整彈丸的射程．

從發(fā)射能量的成本來看，常規(guī)火炮的發(fā)射藥產生每兆焦耳能量需10美元，而電磁炮只需0.1美元．

電磁炮作為發(fā)展中的高技術兵器，其軍事用途十分廣泛．

（一）用于天基反導系統(tǒng)：電磁炮由于初速度極高，可用于摧毀空間的低軌道衛(wèi)星和導彈，還可以攔截由艦只和裝甲發(fā)射的導彈．因此，在美國的“星球大戰(zhàn)”計劃中，電磁軌道炮成為一項主要研究的任務．

（二）用于防空系統(tǒng)：美軍認為可用電磁炮代替高射武器和防空導彈遂行防空任務．美國正在研制長7.5米、發(fā)射速度為500發(fā)／分、射程達幾十千米的電磁炮，準備替代艦上的“火神——方陣防空系統(tǒng)”．用它不

僅能打擊臨空的各種飛機，還能在遠距離攔截空對艦導彈．英國也正在積極研制用于裝甲車的防空電磁炮．

（三）用于反裝甲武器：美國的打靶試驗證明，電磁炮是對付坦克裝甲的有效手段．發(fā)射質量為50克、速度為3km/s的炮彈，可穿透25.4mm厚的裝甲．有關資料還報道，用一種電磁炮做試驗，完全可以穿透模擬的T－72、T－80坦克的裝甲厚度．由此可見，電磁炮具有很強的穿透能力，是非常優(yōu)良的反裝甲武器．

（四）用于改裝常規(guī)火炮：隨著電磁發(fā)射技術的發(fā)展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統(tǒng)，可大大提高火炮的射程．美國利用這一技術，已將火炮射程加大到150km．

基本上發(fā)達國家都有在研究，我國也在研究

六、文獻來源：

（1）百度百科——電磁炮；

（2）百度文庫——電磁炮；

（3）百度圖片——電磁炮。及其他部分相關資源。

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