2. 2 电磁炮的应用
鉴于电磁炮的诸多特点, 电磁炮在军事上、航天和高压物 理研究方面均有美好的应用前景。 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4 km / s, 以防止
大气烧蚀;3 km / s的穿甲弹能使坦克的防御和进攻能力 提高四倍; 大口径的电磁炮射程达几十公里, 并能发射制 导炮弹丸, 可以取代远程火炮; 具有高射速的小口径电磁 炮可作为防空高炮使用。
引言
近年来, 由于高新技术的普遍应用, 许多鲜为人 知的新概念火炮随之诞生。其中, 电磁炮因其性 能奇特、威力巨大而成为新概念武器家族中的一 个重要成员。 电磁炮是现代战争中的一代新概念武器, 目前国 外的技术发展已达到实用阶段。用物理学中关于 电流的磁场、电磁感应和涡流的基本理论。
美国在该领域一直处于领先地位
如果将驱动线圈和弹载线圈等效为两个电磁铁,那么两个 线圈磁场的相互作用如下图所示
当弹载线圈和弹丸位于驱动线圈左侧时, 两者相吸, 弹丸
受到向右的吸引力而向右运动, 在弹丸通过驱动线圈中心
横截面以前, 两个线圈之间的磁耦合增强, 互感增加, 弹 丸所受到的向右的力随之增加, 弹丸将作变加速运动, 速 度迅速增加; 当弹丸通过驱动线圈中心横截面以后, 由于 两个线圈之间的磁耦合降低, 互感的减少, 弹丸受力的方
1. 3 重接炮工作原理
重接炮是电磁发射的一种较新形式, 目前主要有 平板形状的弹丸在驱动线圈的间隙中被加速和圆 柱型弹丸在轴对称的圆筒线圈内被加速两种形式 的重接炮。单级平板式重接炮由上、下驱动线圈、 平板式弹丸和脉冲电源组成。如下图所示。
两线圈同轴对称放置, 中间有适当的间隙,弹丸是实心平 板物体。上下两个线圈串联, 由同一个电源供电, 两线圈 的缠绕方向或串联连接时应保证磁力线方向相同且垂直于 弹丸。
向改变, 弹丸受到向左的吸力作用而减速。
由此可见, 为了使弹丸始终受到加速力的作用, 应当在弹 丸过驱动线圈中心横截面的瞬间切断驱动线圈的电源, 弹 丸以惯性继续运动,在到达第二个驱动线圈左端面时, 第
二个驱动电源以同样的方式进行馈电, 弹丸将被第二次加
速, 依次类推,弹丸在整个内弹道循环期间依次受到各驱 动线圈的加速力的作用, 直至飞出炮口, 获得极高的初速。 由以上分析可知, 为了保证弹丸一直处于加速状态, 必须 严格控制驱动电源组的工作时机, 使驱动线圈产生的磁场 与弹载线圈的运动位置精确同步。
时地把能量转换到脉冲形成网络。主要技术包括频率能量 存储和脉冲形成网络与负载的偶合。另外, 由于电源在电 磁炮的重量和体积上占有高达80% 的比重, 因此电源小型 化技术也是电磁炮早日进入实用阶段的关键。
当大功率脉冲电源向轨道、电枢回路供电时, 假 定回路中的电流方向i如图所示, 根据平行导线 的磁场分布可知, 轨道间的磁场方向B 如图所示, 作用在电枢上的力F 的大小和方向可由左手定则 判断出来，如果假定电枢和弹丸的总质量和加速 度分别为为m、a, 轨道的自感梯度为L,则作用在 电枢和弹丸上的力的大小F=ma=1 Li 2
海军, 同样采用高射速小口径电磁炮能够拦截新一代超声 速导弹, 以解决所面临的高性能反舰导弹威胁的严重问题。
空军, 利用电磁发射技术, 能够建设形成一种全新的野战
机场和短程起降方式, 高射速、高初速的小口径电磁炮也 可作为机载武器使用。基于电磁炮高动能、能够发射制导 炮弹及火控系统简单、易于实现的特点, 天基电磁炮具有 更大的威力, 可用于战略防御。
结构的不同, 电磁炮可分为轨道炮、线圈炮和重
接炮。
1. 1 轨道炮工作原理
轨道炮是电磁炮中结构和原理最为简单的一类。 简单轨道炮主要有两条平行的金属轨道、电枢、弹丸和大 功率脉冲电源组成。轨道一般是耐磨损、抗烧蚀的良导体; 电枢是高导电率的金属、等离子体或金属与等离子体的混 合体, 电枢与轨道之间具有良好的电接触, 使电源、轨道 和电枢之间构成电气回路; 大功率脉冲电源一般具有兆瓦 级的脉冲功率。
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1. 2 线圈炮工作原理
线圈炮也被称为“同轴加速器”, 主要由沿导 向板条 轴向排列的若干驱动线圈、弹载线圈、弹 丸和脉冲驱动电源组组成。弹载线圈绕在弹丸上, 每个驱动线圈分别由各自的驱动电源依次供电。
线圈炮原理示意图
当电源给驱动线圈施加脉冲电流时, 驱动线圈中 电流的突变, 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, 使线圈彼 此有电磁力的相互作用。 由于驱动线圈是固定的, 因此弹载线圈便携带弹 丸运动, 运动方向则由两个线圈中的电流方向和 两者之间的相对位置决定。

美海军工程师在弗吉尼亚州的达尔格伦海军水面作战研究中 心，成功试射首门由军工企业制造的电磁轨道炮原型

电磁轨道炮，上图为炮弹出膛的瞬间
1 电磁炮原理与分类
电磁炮是一种利用电磁力推动弹丸运动的新概念
火炮, 由于它能将弹丸加速到极高的速度, 因此
被称为动能杀伤武器。
法拉第电磁感应定律是电磁炮的理论基础, 根据
高压物理方面, 电磁炮可以用来研究材料的状态方程、金
属成型焊接、进行碰撞核聚变和磁悬浮列车的研究。
3 电磁炮的关键技术
3. 1 脉冲电源技术
电磁炮工作时需要高达几十兆瓦或上百兆瓦的脉冲功率,
普通电源无法满足要求。目前, 电磁炮所用电源首先将初
级电源的能量传递给储能系统, 然后通过电力控制系统适
为了提高弹丸的速度, 一般重接炮可由多个驱动 线圈构成多级重接炮, 与线圈炮类似, 弹丸在发 射过程中将依次受到各级驱动线圈的加速, 获得 极高的弹丸初速。 涡流磁场与重接磁场的相互作用产生的电磁力推 动弹丸向前加速运动, 原来储存在上下线圈中的 磁能转变为弹丸的动能。
2 电磁炮的特点及应用
2. 1 电磁炮的特点源自 与常规火炮相比, 电磁炮具有如下十大优点:
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( 1)初速高、动能大。 2)能源简单、安全。 3)隐蔽性好。 4)易于调整射程, 5)工作稳定, 重复性好。 6)弹丸形状多样。 7)弹丸飞行稳定。 8)装填方便、快捷。 9)效率高。 10)弹丸质量可大可小。