电磁炮简介.docx

电磁炮简介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20世纪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 关三部分组成能源通常采用可蓄存10〜100兆焦耳能量的装置目前实验用的能源有蓄电 池组、磁通压缩装置、单极发电机，其中单极发电机是近期内最有前途的能源 加速器是把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置主要有：使用低 压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速 器两大类开关是接通能源和加速器的装置，能在几毫秒之内把兆安级的电流引 进加速器中，其中的一种是由两根铜轨和一个可在其中滑动的滑块组成早在 19世纪，科学家已发现在磁场中的电荷和电流会受到洛仑兹力的作用20世纪 初，有人提出利用洛仑兹力发射炮弹的设想在两次世界大战中，法国、德国和 日本都曾研究过电磁炮第二次世界大战以后，其他国家也进行过这方面的研究。

自70年代初以来，与电磁发射有关的技术取得了重大进展澳大利亚国立大学 建造了第一台电磁发射装置，将3克重的塑料块（炮弹）加速到6000米/秒的 速度此后，澳、美科学家制造了不同类型的实验样机，并进行过多次发射实验 用单极发电机供电的电磁炮，已能把318克重的炮弹加速到4200米/秒的速度 磁通压缩型电磁炮已能将2克重的炮弹加速到11000米/秒的速度基本原理电磁炮原理示意图电磁炮的原理非常简单，19世纪，英国科学家法拉第发现，位于磁场中的 导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的 运动，导线上也会产生电流这就是著名的法拉第电磁感应定律正是根据这一 定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机，它也是电磁炮的基本原理，或 者说，电磁炮不过是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作 直线加速运动的炮弹那么如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，使 它获得前进的动力呢？ 一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道，中 间放置炮弹，使电流可以通过三者建立回路把这个装置放在磁场中，并给炮弹 通电，炮弹就会加速向前飞出在1980年，美国西屋公司为“星球大战"建造 的实验电磁炮基本就是这样的结构。

它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4 千米如果是在真空中，这个速度还可提高到每秒8~10千米，这已经超过了第 一宇宙速度，具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格技术问题将这一理论上的可能变为实际，还需要解决以下几个问题：首先，那台实验 电磁炮的加速度太大，人无法承受这个问题只有一个解决方法，那就是延长加 速时间然而这必须以采用更长的轨道为代价由于人体只能承受大约3倍重力 加速度的长时间加速，满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度（经计算，为 达到第一宇宙速度，约需1000千米！）在技术上难以实现第二，如果把电磁炮水平安装在地面上，飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻 力下很快减速，难以顺利达到环绕地球轨道，为此，用于航天发射的电磁炮必须 将出口设置在空气稀薄的高山之巅第三，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，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-269°C）才能发挥作用，这对于军事应用是个问题，因为会大 大降低发射装置的灵活性，但作为固定使用的航天发射装置，基本上可以不必考 虑这些，而且如果高温超导强磁体能够研制成功，对低温条件的要求也可放宽。

关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关，因为在磁场不够强的情况下，要想 提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流于是就产生了大电流发热和炮身 烧蚀等麻烦幸好这些麻烦对于航天发射不太重要，因为作为武器的电磁炮得严 格限制长度，而作为发射工具，几千米甚至十几千米的炮身并不算问题，只是对 建设施工时的作业精度要求较高罢了此外，延长轨道也可使炮弹承受的加速 度降低经过计算，用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度，加速度是重力加速度的600倍，这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了，可人显 然还是无法忍受，而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造，因此用电 磁炮发射人的想法还是放弃算了最后，有人觉得建造公里级的长度，配备强磁场的加速轨道可能会有技术困 难，但这只是不了解人类现有技术水平的臆测，实际上为数众多的粒子加速器、 对撞机等多半具有几千米，甚至几十千米长的加速和聚能环而且它们除了对环 道施工的精度要求极高外,各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场换句话说, 在建造宇宙电磁炮的基本技术方面，人们早已充分掌握了，仅仅是所用领域不同 而已真正的困难倒是，从来没谁把超级加速器放在高寒山区，而且青藏高原的 交通条件目前也不大好。

至于电磁炮的发射成本，如果不考虑产生强磁场的低温液体费用，仅仅是电 和不可回收的炮弹壳体而已，日常维护成本也大概和同长度的高速地铁相仿，最 多开口处的一小段需要配备专职扫雪人员，要么加个活动盖子，也就都解决了特点(1) 电磁推动力大，弹丸速度高电磁发射的脉冲动力约为火炮发射力的10 倍，所以用它发射的弹丸速度很高一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪 子弹的射击速度为l千米/秒而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒， 将300克的弹丸加速到4千米/秒有的专家甚至预言，将来的速度可达100千 米/秒速度对于天基反导弹系统来说尤为重要因为栏载器的速度越高，不仅 拦截的效率高而且可大大减少天基武器的数量2) 弹丸稳定性好电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力，这种力量是 非常均匀的，而电磁推力容易控制，所以弹丸稳定性好，这有利于提高命中精度3) 隐蔽性好电磁炮在发射时不产生火焰和烟雾，也不产生冲击波，所以 作战中比较隐蔽，不易被敌人发现而且，它采用低级燃料作能源，而不是常规 火药这有利于发射阵地的安全、(4) 弹丸发射能量可调可根据目标性质和射称大小可快速调节电磁力的大 小，从而控制弹丸的发射能量。

5) 比较经济与常规武器比较，火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元， 而电磁炮只需要0.1美元如果与其他太空武器相比，电磁炮就更经济了分类:线圈炮线圈炮又称交流同轴线圈炮它是电磁炮的最早形式，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，产生磁场力，使弹丸加速运动并 发射出去轨道炮轨道炮（Rail Gun）或译磁轨炮、导轨炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明, 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，导轨间放置一个质量较小的滑块作为弹丸当两轨接入电源时，强大的电 流从导轨流入，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（理论上可以到达亚光速）射出, 这就是轨道炮的发射原理，轨道炮是电磁炮最常见的式样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研制在1845年，查尔斯•惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它 把金属棒抛射到20米远此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造 “电气炮”的设想而第一个正式提出电磁发射/电磁炮概念并进行试验的是挪 威奥斯陆大学物理学教授伯克兰他在1901年获得了“电火炮”专利1920年， 法国的福琼•维莱普勒发表了《电气火炮》文章。

几乎同时，美国费城的电炮公 司研制了用于火炮的电磁加速器二战期间，在军事需求的刺激下，德国、日本 都研制过电磁炮德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里/秒的初 速但是在2战后，关于电磁炮的消息就比较少了，人们似乎更加关心磁悬浮与 高温超导技术了纠其原因，大概是解决不了瞬时巨大能源供应的稳定性和小型 化问题，20世纪70年代，澳大利亚国立大学的查里德•马歇尔博士运用新技术， 把3克弹丸加速到了 5.9公里/秒这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推 进到超高速度是可行的他的成就1978年公布后，引起了各国军方的特别关注， 美国国防委员会得出“未来高性能武器必然以电能为基础”的结论美国防部成 立了“电磁炮联合委员会”，协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议 机构分散进行的电炮研究工作1992年，美国已把一门口径90毫米、炮口动能 9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验电磁炮从实验室到靶场说明，电源 小型化技术已有所突破用途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，电磁轨道炮成为了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“火神一一方阵防空系统”.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，是非常优良的反装甲武器.(四) 用于改装常规火炮：随着电磁发射技术的发展，在普通火炮的炮口加 装电磁加速系统，可大大提高火炮的射程.美国利用这一技术，已将火炮射程加 大到150km.试射2010年12月11日消息，美国海军10日宣布成功试射电磁炮，这种电磁炮 的炮弹速度达5倍音速，射程远达110海里(200公里)。

美国海军研究部门负责 人卡尔(Nevin Carr)少将表示：“这次试射成功，对未来将这先进武器运用于海 上又往前迈进一步这项未来武器的推力来自电流，让非爆裂性子弹顺着弹道，以超音速发射出 去试射地点在美国弗吉尼亚州达格伦海军地对武器中心(Dahlgren Surface Warfare Center)最新这项测试包括33兆焦耳射击，为爆破尝试能量最高的一次，且是上一 次2008年1月测试的3倍1兆焦耳相当于1吨重的车，以每小时160公里速 度冲撞墙壁所释放出来。