新概念武器——电磁炮 1 引言 近年来，由于高科技的广泛应用，诞生了许多鲜为人知的新概念火炮。其中，电磁炮以其独特的性能和强大的威力成为新概念武器家族的重要成员。2010年12月10日，美国海军在弗吉尼亚州达尔格林水面战中心成功测试了电磁炮。电磁炮以5倍音速的速度击中200公里外的目标，射程是海军常规武器的10倍。2025年之前在海上进行了测量，正式装备在军舰上。自从1845年世界上第一台直线磁阻电机将金属棒投射到20m的距离，电磁炮经历了一个多世纪的艰难曲折斗争。发展历程 1980年代以来，世界上一些发达国家投入巨资进行电磁炮的实验研究，并取得突破性成果。它开始投入使用。1992年，美国成功研制出世界上第一支全系列轨道炮，并在陆军尤马试验场进行了发射试验。电磁炮走出实验室的第一步是在2006年7月。2006年7月，英国BAE系统公司与美国军方签订合同，为美国海军设计制造32MJ实验室型发射器，旨在铺设为下一步开发 64MJ 战术电磁轨道炮奠定了基础。该研究仍处于应用基础研究阶段。目前，电磁炮技术的突破和发展引起了各国军方的强烈关注，他不惜投入巨额人力财力从事现代电磁炮研究。先后进行了研究和实验，取得了积极成果。该规律是电磁炮的理论基础。根据结构不同，电磁炮可分为轨道炮线圈炮和重连炮 电枢式轨道炮包括简单轨道炮、分散馈送轨道炮、分段式轨道炮、增强型轨道炮、枪口分体式轨道炮、多轨轨道炮、超导悬挂、电枢轨道炮和多相轨道炮。简单的轨道炮主要由两条平行的金属轨道、一个电枢弹丸和一个大功率脉冲电源组成。导轨通常是耐磨损和耐烧蚀的良好导体。衔铁是具有高导电性的金属等离子体或金属与等离子体的混合物。本体衔铁与轨道之间有良好的电接触，从而在电源轨道与衔铁之间形成电路。大功率脉冲电源一般具有兆瓦级的脉冲功率。大功率脉冲电源给轨道电枢电路供电时，是以并联导线为基础的。两个轨道之间的磁场分布表明，作用在电枢上的力F的大小和方向可以由安培定理FiB确定。如果假设电枢和弹丸的总质量和加速度是轨道ma的自感梯度，那么电枢和弹丸所受力的大小简单的轨道炮有两个主要的技术问题。为了获得恒定的加速度，需要大量的能量存储和复杂的电源系统来提供恒定的励磁电流。在恒流励磁下，轨道中储存的剩余磁能不能被利用，不仅降低了转换效率，而且会引起枪口电弧。第二，通过加长轨道 提高速度会增加回路电阻，导致欧姆损耗增加，效率降低 多个蓄电池分散馈电的轨道炮可以提供恒定的励磁电流，从而将小型轨道炮的转换效率提高 20 倍。将较长的简单轨道炮分成几个独立的部分线圈电磁炮转化效率，分段式轨道炮可以解决简单轨道炮的问题。由轨道炮的基本运动方程1可知，作用在弹丸上的力与轨道的电感梯度成正比。从提高钢轨电感梯度的角度，人们设计了各种增强型钢轨炮22线圈炮工作原理线圈炮也称为同轴加速器或波加速器。它主要由沿导向板条轴向排列的若干个驱动线圈组成。弹丸上的每个驱动线圈依次由自己的驱动电源供电。当电源向驱动线圈施加脉冲电流时，驱动线圈中电流的突变会在弹载线圈中产生感应电流和磁场。两个线圈的磁场相互作用产生安培力。线圈通过电磁力相互作用。由于驱动线圈是固定的，子弹加载线圈携带弹丸。运动方向由两个线圈中的电流方向和两者之间的相对位置决定。设驱动线圈的脉冲电流为子弹上膛。线圈电流为两者的互感，两者的互感为M。两个线圈之间沿线圈轴线的力F2为x。当加载线圈和弹丸位于驱动线圈的左侧时，两者相互吸引，弹丸被吸引到右侧，弹丸被吸引到右侧。当弹丸向右移动时，在弹丸通过驱动线圈的中心截面之前，两个线圈之间的磁耦合增加了互感。弹丸上的向右力随之增加。在横截面之后，由于两个线圈之间的磁耦合，互感减小。弹丸上的力方向发生变化，弹丸因向左的吸力而减速。可见，为了使弹丸始终受到加速力，应在弹丸通过驱动线圈中心截面的瞬间切断驱动线圈的电源。当第二驱动线圈的左端面同样由第二驱动电源供电时，弹丸将进行第二次加速，以此类推。从以上分析可以看出，为了保证弹丸始终处于加速状态，必须严格控制驱动电源组的工作时序，使驱动线圈产生的磁场与弹载线圈的运动位置精确同步。这可以通过线圈枪的结构设计来确定。保证线圈枪通常在驱动线圈内部装有由良导体制成的导杆，这样当装弹线圈移动时，导杆中产生的涡流将弹丸排斥在不接触驱动线圈的情况下使其悬浮。由以上分析可知，线圈炮的发射情况。其原理类似于直线电机，但与旋转电机不同的是线圈电磁炮转化效率，线圈枪不需要所有的定子绕组驱动线圈和转子绕组的子弹加载线圈同时连续励磁。对于磁耦合，其他驱动线圈不需要励磁，即线圈枪采用局部励磁。通常，将驱动线圈的局部激励与弹载线圈之间的磁耦合过程定义为换向。换向是线圈枪的必要技术。各种线圈 枪因工作方式不同而采用不同的换向方式。常用的换向方式有运动感应换向开关换向和外部电压换向。三种类型 3 种电磁枪及应用 31 电磁枪与常规枪的特性对比。该枪具有以下十大优点： 1、初速力大，弹丸上的高动能大电磁炮比传统火炮大一个数量级，并且没有声速限制，不同质量的弹丸可以加速到每秒几千公里到几万每秒公里数大大提高弹丸的动能，更有效地应对机动目标和进行天基反导弹2能源简单安全的电磁炮一般使用低成本和安全的低品位燃料，如低碳氢燃料降低能源成本，增加发射的安全性 3. 隐蔽性好。因为电磁炮的火焰、烟雾和后坐力都很小，有利于阵地的隐蔽。4. 量程调整方便。电磁枪只需控制励磁电流的大小，即可轻松改变射程以满足不同的射击要求。工作稳定，重复性好电磁炮不存在因点火过程和推进剂燃烧过程的微小变化而引起的弹丸速度的不稳定性。弹丸不受枪管形状的限制，有的电磁枪甚至连身管都没有，可以根据需要使用各种形状的弹丸，特别是空气阻力小的弹丸可以用来增加弹匣的储存速度。弹丸并提高弹丸的动能。弹丸期间稳定性好，这减少了弹丸过载的可能性，并有利于精确制导装置的组装。装载方便快捷。由于电磁炮可以做成无后膛的开放式后膛，可以简化装弹机构，容易实现自动装弹和连发。武器系统的快速反应能力 9 效率高 常规火炮效率一般在30以下，分段轨道炮效率为35，线圈炮效率可达50，单级连装炮效率为3050，电磁炮的转换效率与弹丸的初速相同 10 弹丸的质量可大可小。电磁炮可以发射小至毫克的小弹丸和大至数百吨的大弹丸。32 电磁炮的应用 鉴于电磁炮的诸多特点，电磁炮在军用航空航天和高压物理研究中有着广阔的应用前景。在军事上，电磁炮主要用作战术武器。陆军自行火炮的弹丸初速一般控制在4km，以防止大气烧蚀。3公里的穿甲弹可以将坦克的防御和进攻能力提高4倍。电磁炮射程几十公里，可以发射制导火炮弹。它可以代替远程火炮。高射速的小口径电磁炮可用作高射炮。高性能反舰导弹威胁是一个严重的问题。空军可以利用电磁发射技术建设新的野战机场和短程起降方式。高射速、高初速的小口径电磁炮也可用作机载武器。它可以发射制导炮弹，火控系统简单易行。天基电磁炮威力更大，可用于战略防御。此外，电磁枪还可用于研究高压物理方面的材料状态方程。碰撞核聚变的金属成型与焊接与磁悬浮列车的研究 4 电磁炮的未来 未来电磁炮的主要发展有以下几个方面 一是能源 小型化体积和重量是武器化和战术化的主要障碍之一电磁枪的应用，两者都主要由脉冲功率驱动，确定源和功率调节装置的能量密度和功率密度，以减小体积和减轻重量，必须实现能量小型化。二是提高能量转换效率。目前电磁炮的能量转换效率只有1020，需要改进功率调控技术。大技术研究力求大幅度提高其能量转换效率和第三提高稳定性。2010年12月10日，美国海军在弗吉尼亚州达尔格林水面战中心成功测试了电磁炮的射程。事实上，未来200km的理想状态是，如果超过300km，就必须用卫星指令的帮助，包括其他无线指令，因此提高其稳定性显得尤为重要。从理论上讲，它已经基本成熟，并开始向武器化和实用化发展。其发展也从早期专注于研究结构简单的轨道炮转向了轨道炮和线圈炮同时发展的方向。相信在不久的将来，