磁场知识应用电磁炮

1、热兵器时代，利用化学能的火炮可以使弹丸初速热兵器时代，利用化学能的火炮可以使弹丸初速达到达到1.8千米千米/秒；秒；目前，目前，利用电能的利用电能的电磁炮电磁炮可将弹丸加速到可将弹丸加速到2.5千米千米/秒，秒， 这还远非这还远非极限极限。冷兵器时代，利用原始机械抛射物体，速度只有每秒冷兵器时代，利用原始机械抛射物体，速度只有每秒几十米；几十米；电磁炮电磁炮-弹种展示弹种展示 电磁炮电磁炮-发射装置发射装置-电磁圈电磁圈 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤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，武器与传统的大炮将火药燃气压力作

2、用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时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了世界各国军事家们的关注二战期间，德国和日本都曾积极研制电磁炮。特别是德国，迫切需要新式武器扭转战局。1945年，汉斯勒取得了炮弹初速1210米/秒的成果。战后，该电磁炮落在了美军手里。但能源供应问题和轨道材料问题仍不好解决，研究陷入困境。上世纪80年代，美国提出了“星球大战”计划，其中电磁炮被指望用于摧毁对方的太空目标以及拦截弹道导弹。虽然随着“冷战”的结束，“星球大战

3、”计划寿终正寝，然而电磁炮的研发计划和技术进展，却为日后美海军电磁炮的快速发展奠定了基础。 2001年11月，美国海军召开了电磁炮发展研讨会，制定了一个三步走计划：第一步（2005年前），研制炮口动能为8兆焦的样机；第二步（20052011年），研制炮口动能为32兆焦的样机，初速要大于2500米/秒；第三步，开展炮口动能为64兆焦的电磁炮型号样机研制工作，为在20202025年装备电磁炮铺平道路。 2004年，美国海军成功进行了电磁炮发射试验；2008年的试验以2500米/秒的速度发射了重约3公斤的炮弹，根据计算炮弹可击中370公里外的目标，而传统军舰火炮射程只有几十公里。2010底，美海军再

4、次成功进行了电磁轨道炮(下文简称电磁炮)试验，标志着其发展电磁炮“三步走”计划已实现了第二步目标。它还传递了一个信息：在不久的将来，电磁发射技术将再次改写人类的兵器史、战争史。或许，传统火炮将走向终结。以电能为动力的电磁炮必将让“战争之王”焕然一新。 传统火炮传统火炮VSVS电磁炮电磁炮炮弹初速度炮弹初速度火炮很难超过火炮很难超过2 2千米千米/ /秒，电磁炮可达几十千米秒，电磁炮可达几十千米/ /秒秒 射程射程火炮最远为火炮最远为185185千米，电磁炮为千米，电磁炮为370370千米千米炮口动能炮口动能火炮为火炮为2020兆焦耳，电磁炮为兆焦耳，电磁炮为32-6432-64兆焦耳兆焦耳产生

5、每兆焦耳能量成本产生每兆焦耳能量成本火炮需要火炮需要1010美元，电磁炮需要美元，电磁炮需要0.10.1美元美元 能量转换效率能量转换效率火炮化学能转换效率仅火炮化学能转换效率仅20%20%，电磁炮电能转换效率达，电磁炮电能转换效率达50%50%飞行速度对比飞行速度对比战斧巡航导弹战斧巡航导弹 245245米米/ /秒秒声音速度声音速度 340340米米/ /秒秒一般步枪子弹一般步枪子弹 710710米米/ /秒秒一般舰炮弹丸一般舰炮弹丸 900900米米/ /秒秒电磁炮弹丸电磁炮弹丸 25002500米米/ /秒秒 电磁炮分类：电磁炮分类：线圈炮轨道炮电热炮重接炮线圈炮轨道炮电热炮重接炮用途

6、：电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途：电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途十分广泛用途十分广泛 （）（）用于天基反导系统用于天基反导系统：电磁炮由于初速度极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高，可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹，还可，还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹因此，在美国以拦截由舰只和装甲发射的导弹因此，在美国的的“星球大战星球大战”计划中，电磁轨道炮成为一项主计划中，电磁轨道炮成为一项主要研究的任务要研究的任务（）（）用于改装常规火炮用于改装常规火炮：随着电磁发射技术的：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，发展，在普通火炮的炮口加装电

7、磁加速系统，可可大大提高火炮的射程大大提高火炮的射程美国利用这一技术，已将美国利用这一技术，已将火炮射程加大到火炮射程加大到150km （3）用于防空系统：用于防空系统：美军认为美军认为可用电磁炮代替高射可用电磁炮代替高射武器和防空导弹遂行防空任务武器和防空导弹遂行防空任务美国正在研制长美国正在研制长7.5米、发射速度为米、发射速度为500发分、射程达几十千米的电磁发分、射程达几十千米的电磁炮，准备替代舰上的炮，准备替代舰上的“火神火神方阵防空系方阵防空系统统”用它不仅能打击临空的各种飞机，还能在远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距离拦截空对舰导

8、弹英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮甲车的防空电磁炮 （4）用于反装甲武器用于反装甲武器：美国的打靶试验证明，电磁：美国的打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段炮是对付坦克装甲的有效手段发射质量为发射质量为50克、克、速度为速度为3km/s的炮弹，可穿透的炮弹，可穿透25.4mm厚的装甲厚的装甲有有关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿透模拟的透模拟的T72、T80坦克的装甲厚度由此可见，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电磁炮具有很强的穿透能力，是非常优良的反装甲武器武器 1.1.如图所示，电磁炮

9、是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正确表示磁感应强度确表示磁感应强度B B的方向的是（）的方向的是（） 2.在军事上工程师设计出一种电磁炮，它是根据磁场对电在军事上工程师设计出一种电磁炮，它是根据磁场对电流会产生作用力的原理制成的。它的基本原理如图所示，流会产生作用力的原理制成的。它的基本原理如图所示，把待发射的炮弹（导体）放置在处于强磁场中的两条平行把待发射的炮弹（导

10、体）放置在处于强磁场中的两条平行导轨上，给导轨通以很大的电流，使炮弹作为一个载流导导轨上，给导轨通以很大的电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下，沿导轨作加速运动体在磁场的作用下，沿导轨作加速运动，以某一速度发射，以某一速度发射出去。若要提高炮弹的发射速度，从理论上有些什么办法出去。若要提高炮弹的发射速度，从理论上有些什么办法？ 要提高炮弹的发射速度，要提高炮弹的发射速度，一是可以增加加速的时间，但肯定受一是可以增加加速的时间，但肯定受到炮管长度的限制；到炮管长度的限制；二是可以增大使炮弹加速的安培力，二是可以增大使炮弹加速的安培力，其方式有：其方式有：1.是增大磁场的强度是增大磁场的强度

11、 2.是加大电流强度。是加大电流强度。 三三.减少炮弹的质量减少炮弹的质量 F = B I L a=f/M 对磁场的增加不会变化太大对磁场的增加不会变化太大. 对电流的增加由于电压和电阻的限制不会太对电流的增加由于电压和电阻的限制不会太大大,另温度增大另温度增大,需耐高温材料需耐高温材料. 目前电磁炮的弹药质量大小得不到突破目前电磁炮的弹药质量大小得不到突破. 对对 L的增加是个突破点的增加是个突破点: 多轨道的理念多轨道的理念.扇形轨道提供磁场SN导电键运动轨道剖视图轨道中线圈扇形轨道提供磁场外层导电圈有导电键的轨道导电键弹头多轨道多轨道使牵引力个数增大使牵引力个数增大导电键导电键在发射时增

12、加了长度增加单个牵引力大小在发射时增加了长度增加单个牵引力大小尾部的尾部的尾翼或纹路尾翼或纹路弥补了电磁弹旋转速度小的缺点弥补了电磁弹旋转速度小的缺点. 3.3.电磁炮的基本原理如图所示，把待发射的炮弹（导体电磁炮的基本原理如图所示，把待发射的炮弹（导体）放置在强磁场中的两条平行导轨（导轨与水平方向成）放置在强磁场中的两条平行导轨（导轨与水平方向成角）上，磁场方向和导轨平面垂直。若角）上，磁场方向和导轨平面垂直。若给导轨以很给导轨以很大的电流大的电流I I，使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下，使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下，沿导轨做加速运动，以某一速度发射出去。已知匀强磁沿导轨做加速运

13、动，以某一速度发射出去。已知匀强磁场的场的磁感应强度为磁感应强度为B B，两导轨间的，两导轨间的距离为距离为L L，磁场中导轨，磁场中导轨的的长度为长度为s s，炮弹的，炮弹的质量为质量为m m，炮弹和导轨间摩擦不计。，炮弹和导轨间摩擦不计。试问：在导轨与水平方向的夹角一定时，要想提高炮弹试问：在导轨与水平方向的夹角一定时，要想提高炮弹发射时的发射时的速度速度v v0 0，从设计角度看可以怎么办？，从设计角度看可以怎么办？ （通过列式分析，加以说明）（通过列式分析，加以说明） 特点特点(1)电磁推动力大，弹丸速度高。电磁推动力大，弹丸速度高。电磁发射的脉冲动力电磁发射的脉冲动力约为火炮发射力的

14、约为火炮发射力的10倍倍,所以用它发射的弹丸速度很高。所以用它发射的弹丸速度很高。一般火炮的射击速度约为一般火炮的射击速度约为0.8千米千米/秒，步枪子弹的射击秒，步枪子弹的射击速度为速度为l千米千米/秒。而电磁炮可将秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到克重的弹丸加速到11千米千米/秒，将秒，将300克的弹丸加速到克的弹丸加速到4千米千米/秒。有的专家甚秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达至预言，将来的速度可达100千米千米/秒。速度对于天基反秒。速度对于天基反导弹系统来说尤为重要。因为栏载器速度越高，不仅拦导弹系统来说尤为重要。因为栏载器速度越高，不仅拦截的效率高。而且可大大减少天基武器的数量

15、。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。弹丸稳定性好。电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力电磁力, 这种力量是非常均匀的，而电磁推力容易控制，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。所以弹丸稳定性好，这有利于提高命中精度。 （3）隐蔽性好。隐蔽性好。电磁炮在发射时不产生火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。这有利于发射阵料作能源，而不是常规火药。这有利于发射阵地的安