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电磁炮的工作原理
电磁炮，又称为电磁加速器，是一种利用电磁力将物体加速并发射出去的装置。
其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力的作用。
电磁炮由电源、电容器、线圈、鞘管和弹头组成。
首先，在电容器中存储大量的电能。
当电容器充电至一定电压时，通过开关放电，电容器中的电能会迅速释放。
放电时，电容器中的电流会流过线圈，产生一个强磁场，这个磁场会沿着线圈形成环绕。
同时，线圈的形状和排列使得在鞘管内部形成一个磁场梯度，即磁场随着距离线圈的增加而逐渐增强。
这个磁场梯度使得鞘管内的磁力线呈现一个从后端到前端的趋势。
当弹头被放置在鞘管的后端时，它会受到这个强大的磁场的作用。
根据洛伦兹力的原理，当带电粒子（弹头）处于磁场中时，将会受到一个与磁场方向和电流方向垂直的力。
由于磁场梯度的存在，弹头会受到一个向前的推力。
随着时间的推移，弹头在鞘管内加速并且逐渐接近前端。
当它到达鞘管的前端时，速度已经足够大，可以发射出去。
此时，开关会关闭电路，停止电流通过线圈，磁场消失，没有了推力，弹头就会继续沿着惯性直线运动。
电磁炮的工作原理简单明了，它利用强大的磁场与洛伦兹力相互作用，将弹头加速并发射出去。
尤其在高速和高精度要求的
射击场合中，电磁炮具有明显的优势。
然而，由于电磁炮需要大量的电能和复杂的电路装置，实际应用仍存在一定的挑战。
随着材料科学的发展,复合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用,以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力,对破甲技术提出更高的要求。
为此,人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时,也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器,电磁炮就是其中一种。
电磁炮的基本原理电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力(即洛伦兹力) 作用的基本原理来加速弹丸的。
根据加速方式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。
图1 导轨炮工作原理导轨炮导轨炮的工作原理如图1 所示。
主要由一对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。
当开关闭合时,向一条导轨输入强大的电流,经过电枢沿另一条导轨流回。
载流电枢在导轨电流产生的磁场中受到洛伦兹力的作用而被加速,将弹丸射出。
电枢弹丸所受的力可表示为F = L′I2/ 2 , (1)其中F 为洛伦兹力(N) 、L′为导轨电感梯度( H/m) 、I 为电流强度(A) 。
弹丸的加速度则为a = F/ m = L′I2/ 2 m , (2)式中a 为加速度(m/ s2) 、m 为电枢与弹丸的质量之和(kg) 。
由(2) 式可见,导轨中的电流强度越大,弹丸的加速度就越大,弹丸的运动速度越快。
导轨炮的导轨有单一、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮口截面可选用方形、圆形和椭圆形等。
电枢主要有固态金属电枢、等离子体电枢和混合型电枢等种类。
提供脉冲功率的电源主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机,以及计划研制的超导储能系统等。
整个系统结构复杂,人工操作比较困难,通常由计算机控制。
线圈炮线圈炮的工作原理如图3 所示。
主要由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。
固定线圈相当于炮身,可动线圈相当于弹丸。
当固定线圈接通电源时,所产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用,产生洛伦兹力,推动可动弹丸线圈加速射出。
弹丸所受的力可表示为F = I f·I p·d M/ d x , (3)其中F 为洛伦兹力(N) 、I f 为固定线圈中的电流强度(A) 、I p 为弹丸线圈中的电流强度(A) 、M 为固定与可动线圈的互感( H) 、d M/ d x 为互感梯度( H/m) 。
电磁炮的原理与技术发展电磁炮是一种无需火药瞬间爆发出冲击能量的一种最新火炮;美国己试验成功;电磁炮的主要工作原理雷同磁悬浮列车的直线平面电机;但在电磁炮里用的是多个大功率聚能偏转线圈将磁弹发送出去;比炮好处是无汚染;优奌是电磁炮能做到连续发射,如同机枪、航炮;每分钟可发N次到数千次;某种意义上耒讲一门电磁炮将大于一个炮兵团以上发送的能量;电磁炮耗能非常可观;目前,以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题,有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验;具体的研究方向有以下几个;能源小型化体积和重量是电磁炮武器化和战术应用的主要障碍之一,而这两者主要由脉冲功率源及功率调节装置的能量密度和功率密度所决定;要减小体积、降低重量,必须实现能源小型化;因此,今后将进一步开发高能量密度和高功率密度材料,以研制小型轻质脉冲功率源;采用高新技术、提高系统效率高新技术的发展为电磁炮的研制提供了条件,将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势;超导材料的电流密度和储能密度极高,储能效率达60％～90％,将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等,不仅有利于电磁炮小型化、提高射速,而且可减小能量损失、大大提高系统效率;另外,采用多级、多层、多段节和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径;多模块结构可以减小导轨的能量损失,提高系统的能量转换效率至两倍左右;加紧新材料的研究、提高系统寿命与性能新型材料的研究主要有：电池用新型电化学材料,电容器用聚合物电介质材料,脉冲发电机储能用石墨-环氧等复合材料,耐高温、高强度、高能量密度电感储能材料；高强度、耐烧蚀、耐腐蚀的导轨、电枢和电极材料,石墨、陶瓷等耐高温、耐烧蚀炮管绝缘材料；大载流、高强度、高频率开关和大功率脉冲固态开关材料; 经过近20年的研究,电磁炮技术在理论上已基本成熟,开始向武器化、实用化发展;电磁炮的穿甲能力已被实验所证实,武器化的电磁炮可以击毁火炮所不能击毁的新型坦克装甲;预计在不远的将来电磁炮将会作为新一代重要的穿甲武器出现在战场上,在未来战争中起到极其重要的作用,并产生深远的影响;。
电磁炮工作原理？电磁炮有什么优点？在学习高中物理的时候往往会遇到很多关于物理问题，上课觉着什幺都懂了，可等到做题目时又无从下手。
以至于对于一些意志薄弱、学习方法不对的同学就很难再坚持下来。
过早的对物理没了兴趣，伤害了到高中的学习信心。
收集整理下面的这几个问题，是一些同学们的学习疑问，小编做一个统一的回复，有同样问题的同学，可以仔细看一下。
【问：电磁炮工作原理？电磁炮有什幺优点？】答：电磁炮利用安培力做功，给炮弹加速的。
电流很大，安培力就大，因此加速度非常大，电磁炮的炮径比较短，在我们物理问题的分析中，一般是不考虑反电动势的。
【问：发生光电效应需要什幺条件？】答：当照射光的频率v大于金属板的极限频率时，金属板上的电子就会克服逸出功，逃逸出来，形成光电子，即发生光电效应现象。
如果频率不够大，照射再长的时间也不会发生光电效应。
入射光的频率值越大，电子的最大初动能也就越大，满足爱因斯坦光电效应方程ek=hv-w逸。
【问：从v-t 图像上能读出哪些数据？】答：从速度与时间图像（v-t图）中，我们可以读出某一时刻质点的速度大小与方向，某一时刻的加速度（斜率）大小与方向，某一段时间内的位移（阴影部分的面积）大小。
提醒大家，v-t图只能表征直线运动，不能描述曲线运动（大家可以思考一下为什幺）。
【问：什幺样的运动是类平抛运动？】答：平抛运动类似，类平抛运动在y轴方向上的加速度不再是重力加速度g，而是某个固定的数值a；在x轴方向上，与平抛运动一样，也是以某个不变的初速度在匀速运动。
【问：物理题中有哪些常用的数学知识？】答：耐心寻找规律、选取相应的数学方法，是提高物理分数的一个关键要素。
求解物理问题，可能用到的数学方法有：方程根的判别式、比例法、数列法、不等式法、函数极值法、微元分析法、图像法和几何法等，想。
电磁炮的工作原理电磁炮是一种利用电磁力产生高速运动物体的武器系统。
它是在20世纪发展起来的一种新型武器，其工作原理是利用电磁力将导弹、子弹等物体发射出去，达到破坏敌方目标的效果。
以下是电磁炮的工作原理的详细解释：1. 电磁场的产生：电磁炮是通过产生强大的电磁场来实现加速和发射物体。
它通常由两个主要部分组成：电源系统和磁场系统。
电源系统提供电流，通过线圈产生磁场，而磁场系统则控制和加速物体的运动。
2. 磁场的控制：磁场系统由一系列线圈组成，通过控制线圈的通断来产生不同的磁场。
当电流通过线圈时，会在线圈周围产生磁场。
通过合理安排线圈的位置和通断顺序，可以使磁场在电磁炮内部形成一个由弱到强的梯度。
3. 物体的加速：在磁场系统中，物体被放置在一个电磁脉冲的环境中。
当电流通过线圈产生磁场时，该磁场会通过物体，由于磁场的变化，物体将受到电磁力的作用，从而被加速。
4. 发射物体：当物体被加速到足够高的速度时，就可以通过控制磁场系统的通断来实现发射。
通常，磁场系统的线圈被分为几个部分，通过逐渐断开线圈电流的方式，使物体从一个磁场区域快速移动到另一个磁场区域，从而实现物体的发射。
5. 高速运动物体的作用：通过电磁炮发射出去的物体，速度非常高，具有巨大的动能。
这种高速运动的物体可以对目标进行高效的打击。
在军事领域，电磁炮可以被用于反导系统、反舰系统等方面，实现远距离精确打击。
需要注意的是，电磁炮的工作原理涉及复杂的物理学和电子技术知识，上述解释仅是对其基本原理的简要介绍。
实际应用中，电磁炮的构造和控制系统还会根据具体的设计和需求进行调整和优化。
总的来说，电磁炮是一种利用电磁力实现物体高速运动的武器系统。
其工作原理主要包括电磁场的产生、磁场的控制、物体的加速和发射等过程。
通过电磁炮的工作原理，可以实现高效、精确的目标打击，具有重要的军事意义。
电磁炮工作原理(一)电磁炮是一种利用电磁力加速物体的装置，是未来大规模战争中的主要武器之一。
那么，它到底是如何工作的呢？下面将从浅入深进行剖析。
什么是电磁炮电磁炮是一种使用电场和磁场来给物体带来动能的装置。
其中，电场是由电荷产生的力，磁场是由电流产生的力。
在电磁炮中，先利用电场将物体带入磁场范围内，然后利用磁场施加力来加速物体。
电磁炮的基本结构电磁炮主要分为三部分：能源系统、加速器和控制系统。
能源系统提供强大的电磁能量，加速器则利用电磁力将物体加速，而控制系统则控制整个装置的运行。
电磁炮的工作原理电磁炮的工作原理可以分为四个步骤：1.充能。
首先，电磁炮需要通过能源系统蓄积足够的电能，通常使用电容器进行储存。
2.激发。
当电容器中的电荷达到一定值时，通过触发器将电能释放到加速器中，形成强大的电流。
3.磁化。
通过当前产生磁场，将加速器中的物体磁化，使其能够受到电磁力的作用。
4.加速。
在磁场的作用下，物体开始受到电磁力的加速作用，加速到极高的速度后离开加速器，将动能传递到目标物体上。
电磁炮的应用电磁炮的应用主要分为军事、科研和工业三个领域。
在军事领域，电磁炮具有射程远、威力大、速度快、精度高等优点，可用于打击陆海空三种目标。
在科研领域，电磁炮可用于进行高速物体动力学研究，以及不同材料在高速冲击下的受损机理研究。
在工业领域，电磁炮可用于加工金属制品，如切割、焊接等领域。
结语电磁炮作为一种高科技装置，其应用前景不可限量。
但是，由于其技术水平的高难度和成本的高昂，目前尚未实现大规模应用。
相信在未来的科技发展中，电磁炮一定会扮演越来越重要的角色。
电磁炮的优缺点电磁炮作为一种新兴的武器装备，与传统的火炮相比有许多优缺点。
优点：•射程更远：电磁炮利用的是高速弹丸的动能，可以在不加燃料的情况下加速弹丸，从而达到更远的射程。
•威力更大：电磁炮发射出的弹丸动能更高，威力更大，可以破坏更高强度的目标。
•精度更高：电磁炮在制造加速器时可以达到高精度要求，射击精度更高。
电磁炮的基本原理及发展趋势（带图带公式）随着材料科学的发展,复合装甲、⾼强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使⽤,以及爆炸反应装甲的出现,⼤⼤提⾼了装甲的抗毁能⼒,对破甲技术提出更⾼的要求。
为此,⼈们在相继研制出⼀系列新型破、穿甲战⽃部的同时,也注意开发研究某些新概念超⾼速动能穿甲武器,电磁炮就是其中⼀种。
电磁炮的基本原理电磁炮是利⽤物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁⼒(即洛伦兹⼒) 作⽤的基本原理来加速弹丸的。
根据加速⽅式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。
图1 导轨炮⼯作原理导轨炮导轨炮的⼯作原理如图1 所⽰。
主要由⼀对平⾏导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。
当开关闭合时,向⼀条导轨输⼊强⼤的电流,经过电枢沿另⼀条导轨流回。
载流电枢在导轨电流产⽣的磁场中受到洛伦兹⼒的作⽤⽽被加速,将弹丸射出。
电枢弹丸所受的⼒可表⽰为F = L′I2/ 2 , (1)其中F 为洛伦兹⼒(N) 、L′为导轨电感梯度( H/m) 、I 为电流强度(A) 。
弹丸的加速度则为a = F/ m = L′I2/ 2 m , (2)式中a 为加速度(m/ s2) 、m 为电枢与弹丸的质量之和(kg) 。
由(2) 式可见,导轨中的电流强度越⼤,弹丸的加速度就越⼤,弹丸的运动速度越快。
导轨炮的导轨有单⼀、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮⼝截⾯可选⽤⽅形、圆形和椭圆形等。
电枢主要有固态⾦属电枢、等离⼦体电枢和混合型电枢等种类。
提供脉冲功率的电源主要有电容器组、⾼性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机,以及计划研制的超导储能系统等。
整个系统结构复杂,⼈⼯操作⽐较困难,通常由计算机控制。
线圈炮线圈炮的⼯作原理如图3 所⽰。
主要由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。
固定线圈相当于炮⾝,可动线圈相当于弹丸。
当固定线圈接通电源时,所产⽣的磁场与可动线圈上的感应电流相互作⽤,产⽣洛伦兹⼒,推动可动弹丸线圈加速射出。
电磁炮的理论与实验研究随着科技进步和发展，电磁炮已经成为了军事、工业领域中不可缺少的技术应用。
电磁炮通过利用电磁场的相互作用，将电能转化为高速的动能，以高速、高精度的方式打击目标，成为了现代武器装备中的重要武器之一。
本文将探讨电磁炮的理论与实验研究，介绍电磁炮的工作原理、设计和实验进展，探究其应用前景以及存在的问题和挑战。
一、电磁炮的工作原理电磁炮是利用电磁作用的原理将电能转化为动能，实现高速发射的技术装备。
它由电源、电容器、线圈和炮管等组成。
在电磁炮的工作过程中，首先将电池存储的电能经过放电线路，由线圈产生强大的磁场。
当磁场作用于导电轨道时，会在导电轨道上产生电流，并在导电轨道和磁场之间产生强烈的相互作用力，使导体产生加速运动，最终将电能转化为动能，在极短的时间内发射出弹丸，达到高速、高精度的效果。
二、电磁炮的设计和实验进展电磁炮的设计和实验需要考虑多种因素，如电源电压、电容器的容量和线圈的结构等。
针对这些因素，国内外的专家们开展了广泛的理论研究和实验验证，相继取得了很大的进展。
美国的电磁炮装置被公认为是目前世界上最先进的电磁炮，设计原理以及其结构模型被广泛参考。
俄罗斯在电磁炮的研究方面也做出了诸如90节线圈炮坐实全新的实验设施等创新性工作。
国内目前也有不少研究机构投入了电磁炮的研究中，例如空军工程大学、哈尔滨工业大学等。
研究人员通过设计实验设备、仿真计算等手段，不断深化电磁炮的理论和技术基础，取得了一系列有益的结果。
其中，江苏利达电机集团投入研发的均流体电容脉冲电磁炮（PEC）是一种新型的电磁炮，它采用高能脉冲电容器作为电源，使用均流体电容器，可以将电池储存的电能释放到电容器上，从而提供更高的输出功率和能量，高达每秒600次射速。
此外，激光电磁炮、超导电磁炮等新型的电磁炮研究也已经开始，不同的设计可应用于不同的行业领域，如军事、航天、轨道交通、环保等，具有广泛的应用前景。
三、电磁炮存在的问题和挑战虽然电磁炮的应用前景十分广阔，但是仍然存在着一些问题和挑战。
电磁炮原理科普DoCUment Serial number [NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108]并不神秘的电磁炮笔者混迹科吧数月，阅贴不少，多有受教于众吧友。
常希望用自己所学回馈吧众。
幸亏寸有所长，总算写成此科普拙文。
笔者将使用不超过中学物理课本的知识对大家喜闻乐见的电磁炮的基本原理和技术做一介绍。
因能力所限，时间所限（笔者马上要出差了），只能浮光掠影、走马观花，不足和不正确之处，请各位指正。
电磁炮是科幻迷们喜闻乐见的未来武器。
也被各国军方所重视。
它具有很多优秀特性。
1.速度常规火药发射的炮弹受火药气体燃烧速度的限制，初速度很难超过2km 每秒（根据具体的使用需要从某些迫击炮的不到200米每秒到坦克炮发射大口径穿甲弹时的接近2km每秒），即使加大装药量也无济于事。
炮口动能则一般不超过IOMJ O而电磁炮没有这个限制，它由电流与磁场的相互作用力提供动力而非高温气体膨胀，理论发射速度可达光速。
考虑到空气的阻力，大气层内的实用初速也可以超过4km每秒。
这样的速度无疑带来了巨大的摧毁能力和更远的射程。
2.电磁炮没有后坐力，更小的震动使得它更加精确。
基于更快的速度，它的弹道更加笔直，易于瞄准，大大提高了命中率。
3.射击时没有爆炸的声音和火光，攻击更加隐蔽。
4.因为炮弹没有发射药，更加轻便，可携带更多弹药，减轻后勤压力（不过这一点嘛，电源的重量可就另算了。
）。
5.炮口初速度可以通过电流大小进行调整。
6.电能比火药要便宜。
常见的电磁炮1.轨道炮结构和原理最简单的电磁炮，因而技术也越成熟，距离实用化越近。
此结构由两根平行导轨组成，带有电枢的炮弹在轨道上滑动。
当大电流（可达数百万安培或更多）通过一根导轨经电枢流向另一根导轨时，在导轨间形成强磁场。
电枢受洛伦兹力作用前进。
多级导轨炮串联可获得更高初速度。
单级的导轨电流毕竟有现实方面的限制，可以增加多级导轨，不管速度如何，只要这个电流还在，就能不断加速（火药炮就没这点好处）。
电磁炮的工作原理电磁炮是一种利用电磁力发射物体的武器，它的工作原理主要依靠电磁感应和洛伦兹力。
在电磁炮中，通过电流在导线中产生的磁场和磁场中的导线中产生的电流相互作用，使得物体获得高速运动，从而实现发射的效果。
首先，电磁炮的核心部件是电磁线圈。
电磁线圈是由导线绕成的螺旋形线圈，通电后会产生磁场。
当电流通过导线时，产生的磁场会使得导线周围的空间内出现磁感应线，这就是电磁感应现象。
根据法拉第电磁感应定律，当导线中的电流发生变化时，就会产生感应电动势，从而产生感应电流。
这就是电磁感应的基本原理。
其次，洛伦兹力是电磁炮发射物体的关键。
当导体中的电流受到磁场的作用时，就会受到洛伦兹力的作用。
根据洛伦兹力的方向规律，当导体中的电流与外加磁场的方向垂直时，就会受到一个垂直于电流方向和磁场方向的力。
利用这个原理，可以实现对物体的加速和发射。
在电磁炮中，通过控制电流的大小和方向，可以控制磁场的强度和方向，从而控制洛伦兹力的大小和方向。
当电流通过电磁线圈时，产生的磁场会对待发射物体施加一个向前的力，从而使得物体获得加速并最终被发射出去。
总的来说，电磁炮的工作原理是利用电磁感应和洛伦兹力的相互作用，通过控制电流和磁场，实现对物体的加速和发射。
这种原理不仅在军事领域有着重要的应用，还在科研和工业生产中发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，电磁炮的工作原理也在不断得到改进和完善，为人类创造出更多的可能性和机遇。
在实际应用中，电磁炮需要考虑的因素很多，包括电流的控制、磁场的调节、发射物体的设计等等。
只有对这些因素进行合理的调整和优化，才能够实现电磁炮的高效工作。
因此，对电磁炮的工作原理有着深入的理解，对于提高电磁炮的性能和实现更多的应用具有重要意义。
综上所述，电磁炮的工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用，通过控制电流和磁场，实现对物体的加速和发射。
这种原理在军事、科研和工业生产中有着重要的应用，对于人类社会的发展具有重要意义。
电磁炮的原理与技术发展 黄 强 郭东桥 卞光荣 随着材料科学的发展,复合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用,以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力,对破甲技术提出更高的要求。
为此,人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时,也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器,电磁炮就是其中一种。
一、电磁炮的基本原理电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力(即洛伦兹力)作用的基本原理来加速弹丸的。
根据加速方式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。
图1 导轨炮工作原理导轨炮 导轨炮的工作原理如图1所示。
主要由一对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。
当开关闭合时,向一条导轨输入强大的电流,经过电枢沿另一条导轨流回。
载流电枢在导轨电流产生的磁场中受到洛伦兹力的作用而被加速,将弹丸射出。
电枢弹丸所受的力可表示为F =L ′I 2/2,(1)其中F 为洛伦兹力(N )、L ′为导轨电感梯度(H/m )、I 为电流强度(A )。
弹丸的加速度则为a =F/m=L ′I 2/2m ,(2)式中a 为加速度(m/s 2)、m 为电枢与弹丸的质量之图2 和(kg )。
由(2)式可见,导轨中的电流强度越大,弹丸的加速度就越大,弹丸的运动速度越快。
导轨炮的导轨有单一、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮口截面可选用方形、圆形和椭圆形等。
电枢主要有固态金属电枢、等离子体电枢和混合型电枢等种类。
提供脉冲功率的电源主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机,以及计划研制的超导储能系统等。
整个系统结构复杂,人工操作比较困难,通常由计算机控制(见图2)。
图3 线圈炮工作原理线圈炮 线圈炮的工作原理如图3所示。
主要由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。
固定线圈相当于炮身,可动线圈相当于弹丸。
当固定线圈接通电源时,所产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用,产生洛伦兹力,推动可动弹丸线圈加速射出。
弹丸所受的力可表示为F =I f ·I p ·d M /d x ,(3)其中F 为洛伦兹力(N )、I f 为固定线圈中的电流强度(A )、I p 为弹丸线圈中的电流强度(A )、M 为固定与可动线圈的互感(H )、d M /d x 为互感梯度(H/m )。
由(3)式可知,固定线圈中的电流强度越大,弹丸线圈中的感应电流强度就越大,弹丸所受的电磁力就越大。
线圈炮的结构有同轴式、扁平式、滑动接触式和磁性加速体式等。
电磁炮从原理上讲主要有上述两种类型,但在结构上可以采用混合方式。
二、电磁炮的主要特点超高速、大动能 采用物理学电磁推进原理的电磁炮,弹丸速度突破了普通火炮(弹丸速度在·34·19卷1期(总109期)2000m/s以内)的性能极限,达到4000m/s,因而弹丸具有巨大动能,大大增强了对目标的毁伤能力。
穿甲能力强、命中精度高 穿甲公式为b=V1143m0175/K1143d1107,(4)其中b为穿甲厚度(dm)、V为炮弹着靶速度(m/ s)、m为炮弹质量(kg)、K为装甲抗弹系数、d为弹丸直径(dm)。
可见,弹丸速度增大将大幅度提高穿甲能力。
另一方面,弹丸速度高可缩短交战时间,增加对付快速目标的有效性,减小横向脱靶距离,从而提高命中率。
操作安全简便、系统效费比高 电磁炮弹丸的初速和射程可通过改变电流强度的大小来控制。
在发射过程中,弹丸加速均匀,几乎没有火焰、烟雾、响声和后坐力,利于隐蔽作战。
整个系统由计算机控制,操作简便、安全性好。
电磁炮几乎全部发射重量都是有效载荷,其主要能源一般是采用低级燃料的燃气轮机或柴油机,发射能量转换率相对较高,使得单位能量成本较低,加上弹丸价格便宜,因而整个系统的效费比较高。
鉴于电磁炮具有上述特点,在穿甲时,弹丸能在爆炸反应装甲爆炸前将装甲击穿,并可穿透复合装甲,是一种极具发展潜力的新型穿甲武器。
三、电磁炮的发展现状自上世纪80年代以来,电磁炮技术的研究取得了多方面进展,应用领域日趋广阔。
美国于1982年研制成功实验级导轨炮,弹丸质量317g、初速4200m/s。
1992年夏,美国研制成功世界上第一套完整的9MJ靶场导轨炮,并在陆军尤马试验场进行了发射试验,迈出了电磁炮走出实验室的第一步。
该炮是一个连续发射系统,全重25t,能以2500～4000m/s的初速齐射9发弹丸,炮口动能9MJ。
2006年7月,英国BAE系统公司与美军方签约,为美国海军设计和制造32MJ实验室型发射装置,旨在为下一步发展64MJ战术型电磁轨道炮奠定基础。
图4为计划制造的32兆焦实验室型发射装置的外形图,图中右边部分为身管截面图。
与此同时,美国还进行了电磁炮发射超高速动能弹的研究。
内容包括弹道陶瓷的处理,新型合金的研制与钨、贫铀的加工方法,开发轻质高强度金属陶瓷等。
尽管电磁炮的研究取得了很大进展,已完成从基本原理到可行性的论证工作,但是要将电磁炮转化为实用的武器系统仍存在诸多难题,比如怎样减小电磁炮体积和重量、降低能耗、提高效率和解决炮管易损等。
四、电磁炮的发展趋势目前,以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题,有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验。
具体的研究方向有以下几个。
能源小型化 体积和重量是电磁炮武器化和战术应用的主要障碍之一,而这两者主要由脉冲功率源及功率调节装置的能量密度和功率密度所决定。
要减小体积、降低重量,必须实现能源小型化。
因此,今后将进一步开发高能量密度和高功率密度材料,以研制小型轻质脉冲功率源。
新研制的盘式交流发电机经整流可直接向电磁炮供电;高能量密度电池已研制出面积为113cm2、功率密度达755kW/ kg的样品。
采用先进的线圈炮技术以提高能量密度和功率密度,减小系统的体积和重量,也是重要的研究发展方向之一。
采用高新技术、提高系统效率 高新技术的发展为电磁炮的研制提供了条件,将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势。
超导材料的电流密度和储能密度极高,储能效率达60%～90%,将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等,不仅有利于电磁炮小型化、提高射速,而且可减小能量损失、大大提高系统效率。
另外,采用多级、多层、多段(节)和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径。
多模块结构可以减小导轨的能量损失,提高系统的能量转换效率至两倍左右。
在加速方式上,目前正加紧研究线圈加速技术。
虽然线圈加速方式在技术上不如导轨炮成熟,但线圈炮加速时弹丸与固定线圈间是非接触的,且不产生高温等离子体,所需的工作电流也比导轨炮小,因而系统的能量转换效率高、损失小。
图4 32兆焦实验室型导轨炮加紧新材料的研究、提高系统寿命与性能 新型材料的研究主要有:电池用新型电化学材料,电容器用聚合物电介质材料,脉冲发电机储能用石墨-·44·现代物理知识三类发射光谱产生机理的对比朱建伟在中学物理新教材中,对光谱部分的要求有所变化,连续光谱的要求有所降低,分子光谱基本不涉及,而原子光谱要求有所提高。
原子光谱更加突出与玻尔理论的联系,量子理论得到进一步渗透。
为了比较全面地了解三类光谱的区别,这里对它们的产生机理作一下对比。
一、线状光谱稀薄气体通以适当高的电压后能够发光,利用分光镜可以观察到它的光谱,但是只有几条分立的亮线。
也就是说,稀薄气体通电时只发出几种确定频率的光。
不同气体光的亮线位置不同,表明不同气体发光的频率是不一样的。
图1分别是锂、氦、汞三种元素的线状谱。
图1 锂、氦、汞三种元素的线状谱根据玻尔原子理论,氢原子等发出的光谱是因原子内部两能级之间电子发生跃迁产生的。
当原子从高能级跃迁到低能级时,辐射光子的能量等于前后两个能级之差,即h ν=E m -E n 。
式中h 是普朗克常量,ν是辐射光子的频率,E m 、E n 分别是氢原子处于m 、n 能级的能量值。
图2是氢原子能级的示意图,由于原子的能级不连续,所以辐射的光子的能量也是不连续的,从光谱上看,原子辐射光波的频率为若干分立值。
由于不同原子的结构不同,能级也就不同,它们辐射的光子波长一般也不同,不同元素的光谱中的谱线分布各不相同。
借此可对物质进行光谱分析。
这种分立的线状谱又叫原子光谱。
图2 氢原子的示意图与上述物理过程相反,若是让一束高温的白光通过低压气体,白光中某些能量值就会被低压气体所吸收,从而“丢失”相应频率的光子,从光谱学的角度,就形成了背景明亮、只有几条暗线的光谱。
这类光谱往往称为吸收光谱。
二、连续光谱 连续光谱是由炽热的固体、液体和高压气体产生的,由连续分布的一切波长的光组成。
实验中已经接收到连续光谱(如图3)。
那么连续光谱产生的机理是怎样的呢?原来,物质内部的有些电子离原子核很远时,电子具有动能,它不是电子在量子轨道上运动所具有的动能,并且一定为正值,所以这时系图3 连续谱环氧等复合材料,耐高温、高强度、高能量密度电感储能材料;高强度、耐烧蚀、耐腐蚀的导轨、电枢和电极材料,石墨、陶瓷等耐高温、耐烧蚀炮管绝缘材料;大载流、高强度、高频率开关和大功率脉冲固态开关材料。
除上述一些基础研究外,国外还计划采用先进的计算机技术进行电磁炮的模拟仿真、性能测试和结果预测。
经过近20年的研究,电磁炮技术在理论上已基本成熟,开始向武器化、实用化发展。
电磁炮的穿甲能力已被实验所证实,武器化的电磁炮可以击毁火炮所不能击毁的新型坦克装甲。
预计在不远的将来,电磁炮将会作为新一代重要的穿甲武器出现在战场上,在未来战争中起到极其重要的作用,并产生深远的影响。
(江苏省徐州空军学院航空弹药系 221000)·54·19卷1期(总109期)。
