电磁轨道炮的原理和应用

电磁轨道炮的原理和应用

班级 06121002 姓名 游富淋 学号 1120101737

摘要：电磁轨道炮我们经常在很多影视作品中看到，我们也为其绚丽的效果和巨大杀伤力所震骇。而在实际中，各国也将电磁轨道炮的发展作为重点研究对象。电磁轨道炮作为一种利用电磁发射技术制成的一种先进的高科技设备在许多发面都有着重要的应用，而与传统的大炮在原理上有着重要的区别。本文将就电磁轨道炮的起源、原理和结构、分类和应用展开论述。

关键字： 原理和内部结构 磁场 大电流 六大优点 正文：

一、电磁轨道炮的原理和内部结构

电磁轨道炮的结构如图所示

电磁轨道炮有两条平行的金属导轨，用以通电流，它的长度相当于炮管的长度。弹丸就放在两根导轨之间，并且将两导轨连通构成闭合回路。在导轨轴线方向上的电枢是在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键作用的部件。

在发射过程中，在两根导轨中通以很大的反向电流，方向如图所示，由安培环路定理知道在两根轨道中会产生很强大的同向磁场，方向为竖直向下，并且和电枢上产生的第三个磁场共同作用。因为弹丸所在处也是电流回路的一部分，弹丸中也通有电流。

根据洛伦兹公式：

B IL F ⨯=

又据毕奥-萨伐尔定律：

）（r *r *4/e Idl *u dB r 0π⨯=

知道弹丸会受到一个如图中所示的洛伦兹力，并且该力和电流的平方成正比（I *I F ∞），在这里也知道要得到高的速度话大的电流是必要条件。在我找的资料中也说明在实际中这个电流都是兆安级的而电流的脉冲宽度在毫秒数量级。

根据动量定理：

F*t=m*V

虽然这个过程很快也就是时间很短，但是由于力很大，弹丸还是会有一个很大的速度， 从而高速的发射出去。

另外，对于某些不导电的物质要想通过电磁轨道炮获得高速时，只需要再外层涂上导电涂层即可，这样同样可以给与其一个大的速度，达到具体的要求。

从上面的分析之一个大的电流是电磁轨道所必需的，没有大电流也就没有电磁轨道炮。 在实际中要获得如此大的电流很困难，现在主要应用如下方法获得大电流。

通常的作法是先将初级电源的功率传递给储能系统，将能量储存起来，后者在适当的时机以适当的方式将能量转换到脉冲形成网络中，以适应负载的要求.目前电磁炮原理试验样机使用的电源主要有：电容器组、电感储能系统、磁通压缩发生器、蓄电池组、脉冲磁流体发电装置、单极脉冲发电机和补偿型脉冲交流发电机等七种形式.每种电源都有其自身的特点和使用价值.从目前研究和试验情况来看，研究的重点是：高能量高储能密度的电容器组、单级发电机、补偿型交流发电机.这几种电源发展比较迅速，应用也日趋成熟.电源技术的难点在于缩小其体积.

另外还有一些其他发面的技术，由于个人知识不足，所以在这里就不论述了。

一、电磁轨道炮的起源和发展

现在，以火药作为发射能源的传统火炮，已经能够将质量为几千克的弹丸加速到1.8 千米每秒左右的炮口速度，也就是弹丸离开炮口时的速度.这已经接近化学能发射弹丸速度的极限.然而随着军事科学技术的发展，利用化学能发射弹丸所能获得的最大速度，但是这远远不能适应目前反装甲、防空、拦截高速导弹技术的需要.在这种情况下，利用电能发射弹丸以获得更高速度的电磁炮便应运而生.

早在1920年法国人维勒鲁斯就发明了电磁炮。在1978年科学家用5米长的轨道炮，将质量3.3克的塑料弹一5.9千米每秒的高速发射成功从而证明了用电磁力那把物体推进到高速是可行的，在技术上实现了突破。至此之后，电磁轨道炮就进入了高速发展的状态。更多种类和更高速的的电磁轨道炮迅速出现，并逐步应用于实际中。

二、电磁轨道炮的优点

根据他的原理的分析，它主要的有点有六个：

1、可以产生更大的速度。原因在原理上已经论述，不再论述。

2、对发射物的材料没有太多限制。

3、炮弹体积小，重量轻。

4、隐蔽性好。

5、弹丸发射能量可调。这可以由发射时所通的电流进行调节。

6、比较经济。它可以重复的使用，并且使用的主要是将电能转化为炮弹的机械能，所以成本较低。

三、电磁轨道炮的应用

正是因为电磁轨道炮有上面的许多优点，所以它在现代社会中有许多的应用，因为它的起源是来自于军事的需求，所以它在军事发面的作用显得尤其突出，比如用于击穿厚的装甲，反导等。另外它在其他方面也有着重要的作用，比如用于发射卫星。下面就是具体的一些应用。

（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——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，很多国家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：美国的一个打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段．他们曾经做过实验，发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹，可穿透25.4mm厚的装甲．有关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿透模拟的T－72、T－80坦克的装甲厚度．由此可见，电磁炮具有很强的穿透能力，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．（五）它可以用来发射卫星用以替代火箭的功能，因为火箭的成本和使用次数的限制，使火箭在应用中会产生许多的问题，而用类似电磁轨道炮的装置更适应未来的要求，可以极大的方便和节省经费。

五、电磁轨道炮的前景

从上面我对电磁轨道炮的原理的分析，和各种资料上收集到的它的现实状况来看，电磁轨道炮一定会是一种在将来的战争和民用方面发挥巨大的作用的工具，它的类似装置也必