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电磁轨道炮的原理和应用前景

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电磁轨道炮被认为是一种很有发展前途的高速动能杀伤武器,今年2016年5月,美军向部分媒体公开了这种新型武器,其通过约10米的电导体轨道加速发射(弹药),时速达到7240千米,有效射程达200千米,并可以瞬间穿透7块普通钢板厚的钢板,美军过去十年一直在开发,有猜测称,“快的话可能2018年就实战部署”。除此之外,俄罗斯也不甘落后,据俄罗斯媒体报道称,俄罗斯科学院高温联合研究所工程师7月12日在莫斯科郊外首次试验自行研发的电磁轨道炮加速器,让弹丸达到第一宇宙速度。那么这种新型武器究竟是什么?其有着怎样的威力和缺陷?未来又有着怎样的应用前景?

电磁轨道炮(Electromagnetic Railgun,EMRG)简称轨道炮,是电磁炮中的一种。它是使用电磁场加速技术发射弹丸的靠动能杀伤的武器,在发射过程中,强大的电磁力使弹丸达到极高的初速度飞离炮管口,这种初速度比使用常规火药发射的弹丸的初速度要高得多,对目标的杀伤力远远超过普通的炮弹,并且射程也要远很多。

电磁炮工作原理

电磁轨道炮的工作原理

电磁轨道炮的基本组成包括两根导轨和一个电枢,两根导轨互相平行,其长度与炮管长短相当,电枢可沿导轨轴线方向滑动,弹丸放置在电枢前面的导轨上。导轨与大电容器或旋转电机构成的脉冲形成网络相连接,并通过电枢形成闭合回路。当发射弹丸时,脉冲形成网络生成的强电流脉冲通过一根导轨,经过电枢,流向另一根导轨。强大的电流在两根平行导轨间产生强大的磁场,并与电枢形成的磁场相互作用,产生强大的电磁力。电磁力推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿导轨加速运动,从而获得很高的初速度,弹丸沿导轨向外运动直到从炮口末端发射出去。电枢和弹丸脱离,弹丸飞向目标。作用于导轨的电磁力仅持续几毫秒。由电磁场理论可知,电枢受到的电磁场的作用力与电流强度的平方成正比。可见,要想获得弹丸的高速度,必须供给轨道强大的电流,通常该电流的数值在兆安级,而电流脉冲的持续时间仅为毫秒量级。

以火药作为发射能源的传统火炮,通常只能将质量为几千克的弹丸加速到1.8 km/s左右的炮口速度(即弹丸离开炮口时的速度),这个数值已经接近于化学能发射弹丸速度的极限。然而对于用作反装甲、防空及拦截高速导弹的目的来说,这个速度远远不能满足要求。

电磁轨道炮由于其工作原理与传统的火炮不同,在强脉冲电流的作用下,轨道炮中弹丸的加速度可达重力加速度的几十万倍,能使弹丸获得很高的初速度。目前试验已获得的最高速度为:当弹丸质量为3.1g时,初速可达10.1 km/s。为适应地面战术武器的应用,人们追求的目标是将千克级的弹丸通过电磁力加速到2.5~4 km/s;而对于部署在航天器上的战略防御拦截导弹的武器,则要求将质量为几克至几十克的弹丸加速到20 km/s以上。近十几年来,各主要发达国家研究试验的实践表明,达到这一目标是有可能的。

通用原子电磁炮

电磁轨道炮的发展概况

早在1920年法国人维勒鲁伯发明了电磁轨道炮,二战期间,德国人汉斯勒博士对电磁轨道炮开展了更为全面的研究与试验工作,他在1944年研制的电磁轨道炮的口径为20mm,长达2m,能把重10g的圆柱体铝弹丸加速到1.08km/s的速度。日本在二战期间也开展了大量研究工作,日本制作的感应加速式电磁炮,能把2kg的弹丸加速到335m/s。但是在二战后的很长一段时期,由于在材料和供电方面遇到的一系列技术问题没有得到解决,电磁轨道炮的发展也就进入低谷,中断了相当长的时间。

从上世纪70年代开始,上述一些技术关键问题逐步有了些解决办法,使得电磁炮的研制工作又重新得到重视。美国国防委员会在上世纪80年代得出未来高性能武器必然以电能为基础的结论。1992年,美国已把一门口径90mm、炮口动能9MJ的电磁炮的样炮进行了靶场试验。

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