磁場(chǎng)知識(shí)應(yīng)用-電磁炮

電磁炮熱兵器時(shí)代，利用化學(xué)能的火炮可以使彈丸初速到達(dá)1.8千米/秒；

目前，利用電能的電磁炮可將彈丸加速到2.5千米/秒，

這還遠(yuǎn)非極限。冷兵器時(shí)代，利用原始機(jī)械拋射物體，速度只有每秒幾十米；電磁炮-彈種展示電磁炮-發(fā)射裝置-電磁圈電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動(dòng)能殺傷武器．與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?，電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的作用力，其作用的時(shí)間要長(zhǎng)得多，可大大提高彈丸的速度和射程．因而引起了世界各國(guó)軍事家們的關(guān)注．二戰(zhàn)期間，德國(guó)和日本都曾積極研制電磁炮。特別是德國(guó)，迫切需要新式武器扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局。1945年，漢斯勒取得了炮彈初速1210米/秒的成果。戰(zhàn)后，該電磁炮落在了美軍手里。但能源供給問(wèn)題和軌道材料問(wèn)題仍不好解決，研究陷入困境。上世紀(jì)80年代，美國(guó)提出了“星球大戰(zhàn)〞方案，其中電磁炮被指望用于摧毀對(duì)方的太空目標(biāo)以及攔截彈道導(dǎo)彈。雖然隨著“冷戰(zhàn)〞的結(jié)束，“星球大戰(zhàn)〞方案壽終正寢，然而電磁炮的研發(fā)方案和技術(shù)進(jìn)展，卻為日后美海軍電磁炮的快速開(kāi)展奠定了根底。

2001年11月，美國(guó)海軍召開(kāi)了電磁炮開(kāi)展研討會(huì)，制定了一個(gè)三步走方案：第一步〔2005年前〕，研制炮口動(dòng)能為8兆焦的樣機(jī)；第二步〔2005～2023年〕，研制炮口動(dòng)能為32兆焦的樣機(jī)，初速要大于2500米/秒；第三步，開(kāi)展炮口動(dòng)能為64兆焦的電磁炮型號(hào)樣機(jī)研制工作，為在2023～2025年裝備電磁炮鋪平道路。2004年，美國(guó)海軍成功進(jìn)行了電磁炮發(fā)射試驗(yàn)；2023年的試驗(yàn)以2500米/秒的速度發(fā)射了重約3公斤的炮彈，根據(jù)計(jì)算炮彈可擊中370公里外的目標(biāo)，而傳統(tǒng)軍艦火炮射程只有幾十公里。

2023底，美海軍再次成功進(jìn)行了電磁軌道炮(下文簡(jiǎn)稱電磁炮)試驗(yàn)，標(biāo)志著其開(kāi)展電磁炮“三步走〞方案已實(shí)現(xiàn)了第二步目標(biāo)。它還傳遞了一個(gè)信息：在不久的將來(lái)，電磁發(fā)射技術(shù)將再次改寫人類的兵器史、戰(zhàn)爭(zhēng)史。或許，傳統(tǒng)火炮將走向終結(jié)。以電能為動(dòng)力的電磁炮必將讓“戰(zhàn)爭(zhēng)之王〞煥然一新。傳統(tǒng)火炮VS電磁炮炮彈初速度火炮很難超過(guò)2千米/秒，電磁炮可達(dá)幾十千米/秒射程火炮最遠(yuǎn)為185千米，電磁炮為370千米炮口動(dòng)能火炮為20兆焦耳，電磁炮為32-64兆焦耳產(chǎn)生每兆焦耳能量本錢火炮需要10美元，電磁炮需要0.1美元能量轉(zhuǎn)換效率火炮化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率僅20%，電磁炮電能轉(zhuǎn)換效率達(dá)50%飛行速度比照戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈245米/秒聲音速度340米/秒一般步槍子彈710米/秒一般艦炮彈丸900米/秒電磁炮彈丸2500米/秒電磁炮分類：線圈炮軌道炮電熱炮重接炮用途：電磁炮作為開(kāi)展中的高技術(shù)兵器，其軍事用途十分廣泛．〔１〕用于天基反導(dǎo)系統(tǒng)：電磁炮由于初速度極高，可用于摧毀空間的低軌道衛(wèi)星和導(dǎo)彈，還可以攔截由艦只和裝甲發(fā)射的導(dǎo)彈．因此，在美國(guó)的“星球大戰(zhàn)〞方案中，電磁軌道炮成為一項(xiàng)主要研究的任務(wù)．〔２〕用于改裝常規(guī)火炮：隨著電磁發(fā)射技術(shù)的開(kāi)展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統(tǒng)，可大大提高火炮的射程．美國(guó)利用這一技術(shù)，已將火炮射程加大到150km．〔3〕用于防空系統(tǒng)：美軍認(rèn)為可用電磁炮代替高射武器和防空導(dǎo)彈遂行防空任務(wù)．美國(guó)正在研制長(zhǎng)7.5米、發(fā)射速度為500發(fā)／分、射程達(dá)幾十千米的電磁炮，準(zhǔn)備替代艦上的“火神——方陣防空系統(tǒng)〞．用它不僅能打擊臨空的各種飛機(jī)，還能在遠(yuǎn)距離攔截空對(duì)艦導(dǎo)彈．英國(guó)也正在積極研制用于裝甲車的防空電磁炮．〔4〕用于反裝甲武器：美國(guó)的打靶試驗(yàn)證明，電磁炮是對(duì)付坦克裝甲的有效手段．發(fā)射質(zhì)量為50克、速度為3km/s的炮彈，可穿透25.4mm厚的裝甲．有關(guān)資料還報(bào)道，用一種電磁炮做試驗(yàn)，完全可以穿透模擬的T－72、T－80坦克的裝甲厚度．由此可見(jiàn)，電磁炮具有很強(qiáng)的穿透能力，是非常優(yōu)良的反裝甲武器．1.如下圖，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成．當(dāng)電源接通后，磁場(chǎng)對(duì)流過(guò)炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度．以下各俯視圖中正確表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向的是〔〕2.在軍事上工程師設(shè)計(jì)出一種電磁炮，它是根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)產(chǎn)生作用力的原理制成的。它的根本原理如下圖，把待發(fā)射的炮彈〔導(dǎo)體〕放置在處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以很大的電流，使炮彈作為一個(gè)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)的作用下，沿導(dǎo)軌作加速運(yùn)動(dòng)，以某一速度發(fā)射出去。假設(shè)要提高炮彈的發(fā)射速度，從理論上有些什么方法？

要提高炮彈的發(fā)射速度，一是可以增加加速的時(shí)間，但肯定受到炮管長(zhǎng)度的限制；二是可以增大使炮彈加速的安培力，其方式有：1.是增大磁場(chǎng)的強(qiáng)度2.是加大電流強(qiáng)度。

三.減少炮彈的質(zhì)量目前問(wèn)題分析F=BILa=f/M對(duì)磁場(chǎng)的增加不會(huì)變化太大.對(duì)電流的增加由于電壓和電阻的限制不會(huì)太大,另溫度增大,需耐高溫材料.目前電磁炮的彈藥質(zhì)量大小得不到突破.對(duì)L的增加是個(gè)突破點(diǎn):多軌道的理念.扇形軌道圖扇形軌道提供磁場(chǎng)SN導(dǎo)電鍵運(yùn)動(dòng)軌道剖視圖軌道中線圈簡(jiǎn)易圖扇形軌道提供磁場(chǎng)外層導(dǎo)電圈有導(dǎo)電鍵的軌道導(dǎo)電鍵彈頭多軌道使?fàn)恳€(gè)數(shù)增大導(dǎo)電鍵在發(fā)射時(shí)增加了長(zhǎng)度增加單個(gè)牽引力大小尾部的尾翼或紋路彌補(bǔ)了電磁彈旋轉(zhuǎn)速度小的缺點(diǎn).3.電磁炮的根本原理如下圖，把待發(fā)射的炮彈〔導(dǎo)體〕放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行導(dǎo)軌〔導(dǎo)軌與水平方向成角〕上，磁場(chǎng)方向和導(dǎo)軌平面垂直。假設(shè)給導(dǎo)軌以很大的電流I，使炮彈作為一個(gè)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)的作用下，沿導(dǎo)軌做加速運(yùn)動(dòng)，以某一速度發(fā)射出去。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng)，磁場(chǎng)中導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為s，炮彈的質(zhì)量為m，炮彈和導(dǎo)軌間摩擦不計(jì)。試問(wèn)：在導(dǎo)軌與水平方向的夾角一定時(shí)，要想提高炮彈發(fā)射時(shí)的速度v0，從設(shè)計(jì)角度看可以怎么辦？〔通過(guò)列式分析，加以說(shuō)明〕特點(diǎn)(1)電磁推動(dòng)力大，彈丸速度高。電磁發(fā)射的脈沖動(dòng)力約為火炮發(fā)射力的10倍,所以用它發(fā)射的彈丸速度很高。一般火炮的射擊速度約為0.8千米/秒，步槍子彈的射擊速度為l千米/秒。而電磁炮可將3克重的彈丸加速到11千米/秒，將300克的彈丸加速到4千米/秒。有的專家甚至預(yù)言，將來(lái)的速度可達(dá)100千米/秒。速度對(duì)于天基反導(dǎo)彈系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要。因?yàn)闄谳d器速度越高，不僅攔截的效率高。而且可大大減少天基武器的數(shù)量。(2)彈丸穩(wěn)定性好。電磁炮彈丸在炮管中受到的推力是電磁力,這種力量是非常均勻的，而電磁推力容易控制，所以彈丸穩(wěn)定性好，這有利于提高命中精度。

〔3〕隱蔽性好。電磁炮在發(fā)射時(shí)不產(chǎn)生火焰和煙霧，也不產(chǎn)生沖擊波，所以作戰(zhàn)中比較隱蔽，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。而且，它采用低級(jí)燃料作能