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电磁炮炮弹材料

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电磁炮炮弹材料_第1页
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为了适应公司新战略的发展,保障停车场安保新项目的正常、顺利开展,特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划电磁炮炮弹材料  电磁炮原理  电磁炮的原理非常简单,19世纪,英国科学家法拉第发现,位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动,同时,如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动,导线上也会产生电流这就是著名的法拉第电磁感应定律正是根据这一定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机,它也是电磁炮的基本原理,或者说,电磁炮不过是一种比较特殊的电动机,因为它的转子不是旋转的,而是作直线加速运动的炮弹  那么如何产生驱动炮弹的磁场,并让电流经过炮弹,使它获得前进的动力呢?一个最简单的电磁炮设计如下:用两根导体制成轨道,中间放置炮弹,使电流可以通过三者建立回路把这个装置放在磁场中,并给炮弹通电,炮弹就会加速向前飞出在1980年,美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮基本就是这样的结构它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米如果是在真空中,这个速度还可提高到每秒8~10千米,这已经超过了第一宇宙速度,具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格  将这一理论上的可能变为实际,还需要解决以下几个问题:首先,那台实验电磁炮的加速度太大,人无法承受。

这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间然而这必须以采用更长的轨道为代价由于人体只能承受大约3倍重力加速度的长时间加速,满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度(经计算,为达到第一宇宙速度,约需1000千米!)在技术上难以实现,看来我们暂时只能考虑专作货运发射的了,这样在加速度方面的要求就可大大放宽  第二,如果把电磁炮水平安装在地面上,飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速,难以顺利达到环绕地球轨道,为此,用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅,海拔8848米的珠穆朗玛峰自然是首选地点,当然旅游业和环保组织肯定会反对,如何同他们交涉,就看宇航局的实力和有关人员的口才了  第三,目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大,这是加速能力不足造成的加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比,要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术,但超导磁体需要冷却到很低温度(如液氦温度,约-269°C)才能发挥作用,这对于军事应用是个问题,因为会大大降低发射装置的灵活性,但作为固定使用的航天发射装置,基本上可以不必考虑这些,而且如果高温超导强磁体能够研制成功,对低温条件的要求也可放宽。

  关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关,因为在磁场不够强的情况下,要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦幸好这些麻烦对于航天发射不太重要,因为作为武器的电磁炮得严格限制长度,而作为发射工具,几千米甚至十几千米的炮身并不算问题,只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了此外,延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低经过计算,用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度,加速度是重力加速度的600倍,这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了,可人显然还是无法忍受,而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造,因此用电磁炮发射人的想法还是放弃算了  最后,有人觉得建造公里级长度,配备强磁场的加速轨道可能会有技术困难,但这只是不了解人类现有技术水平的臆测,实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米,甚至几十千米长的加速和聚能环而且它们除了对环道施工的精度要求极高外,各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场换句话说,在建造宇宙电磁炮的基本技术方面,人们早已充分掌握了,仅仅是所用领域不同而已  浅析电磁炮优缺点、原理及其发展趋势  摘要:国无防不立想要维护国家安全,保证和平的社会环境,科学技术是关键。

只有真正重视并懂得合理运用技术、科学的国家,才能长久不衰,屹立于各民族之林  传统火炮自产生至今已有600多年的历史,其可发掘的潜力已十分有限越来越多的人意识到传统火炮的局限性,纷纷把眼光聚焦在“新类型”的大炮——电磁炮上其实电磁炮的构想早在100多年前就有,只是限于当时的条件,无法造出有实用价值的电磁炮罢了历史的车轮在前进,科学在发展,很多曾经困扰过人们的问题被慢慢解决电磁炮也因新技术的产生,在新的世纪里再次迸发出勃勃生机  本人通过查询资料,和同学分享、探讨等方式,搜集并整理相关材料对电磁炮的优缺点,原理及其发展趋势做如下简述  关键词:电磁炮的优缺点电磁炮的原理电磁炮的发展趋势  一、电磁炮的优缺点  在武器运用方面,相比于传统火炮,电磁炮有以下优点:  1、能量成本低  以电磁炮使用的发电燃料为柴油或汽油为例,其每兆焦能量需美元左右,而常规化学炮的发射药产生每兆焦能量需10美元相比之下,电磁炮很划算  2、炮弹速度快  电磁炮发射的炮弹初速可达几十甚至上百千米每秒,远快于传统火炮的初速由于速度快,炮弹飞行时间变短,很大程度上提高了炮弹的命中率,也加强了炮弹的杀伤力  3、射程改变简单可控  常规火炮为了改变火炮的射程,通常是改变发射药装药量,或改变火炮仰角,这些方法能改变的射程十分有限。

电磁炮不同,它的原理  机制就很好的解决了这个问题  4、装换效率高  常规火炮的化学能与动能转换效率只有20%左右,而电磁炮的电能与动能转换效率最高可达50%  5、隐蔽性好  电磁炮发射时产生的炮口火焰、噪音和后坐力都很小,不易被发现炮兵阵地隐蔽性很好  6、载荷大  电磁发射技术运用十分广泛,发射平台广同时,电磁炮炮弹尺寸和重量小,其弹药基数很大  凡是都不可能十全十美,电磁炮也有它的缺点:  1、使用寿命问题  尽管在实验室里,电磁炮发射的炮弹的极限速度和炮口动能在不断的刷新,然而很多情况下,高发射速度和炮口动能对轨道的损伤是致命的超高速度摩擦引起的接触、烧蚀、高温高压,加大了对电磁炮轨道性能的要求目前为止,还没有发现合适的轨道材料  2、开关问题  电磁炮的脉冲功率电源需要在极短时间内把存储的能量释放出来,以产生上兆安倍的电流其中的一个关键部件就是大功率开关这也是制约电磁炮发展的一个关键技术瓶颈  3、电源储能密度问题  就目前而言,电磁炮的电源储能密度仍然较低,32兆焦的脉冲电  源系统可能会占用非常大的空间极大的限制了电磁炮的发展  4、能源转换效率问题  电磁炮的能源转换效率理论上可以达到50%,然而目前并做不到这点。

  综上所述,电磁炮有利有弊但要知道,科学在发展,我们眼前的问题可能在之后会被解决  二、电磁炮的原理  按结构分,电磁炮分为三种:导轨炮,线圈炮和重接炮下面将分别介绍它们的工作原理  1、导轨炮  导轨炮主要由弹丸,开关,导轨,电枢,单机电机和原动机等组成当电源开关接通时,电流由一条导轨流经电枢,再由另一条导轨反向流回,从而构成闭合回路强大的电流流经两并行导轨时,在导轨之间产生了强大的磁场这个磁场与流经电枢的电流相互作用,产生洛伦兹力该力推动电枢和电枢前面的弹丸沿导轨加速运动,从  而使弹丸获得超高速    以下是导轨炮的内弹道模型:  若不计各种阻力,则运动方程为:?  ?  式中为电枢质量;为弹丸质量;为弹丸速度;为洛伦兹力  导轨炮从电路观点来看,本质上可等效为脉冲功率源和电阻,电感组成的发射电路,只是随着电枢,弹丸的运动,总电阻,电感线性增大,即  式中  负载电阻;  程为:为导轨电阻梯度,为导轨电感梯度;为初始为初始负载电感根据基尔霍夫定理,回路的电压方  式中为脉冲功率源端电压,即炮后膛压;为电流对载流回路,它所蕴含的磁场能量为  则磁场力为  根据具体的脉冲功率源条件,可以解出导轨炮的理论最大速度,现讨论一特殊情况,即假定放电回路电流为恒流,可以求出  在  的条件下,可以得到最大速度为  注:在实际中,由于摩擦阻力,空气阻力等存在以及能量的损耗,实际速度要比  2、线圈炮  线圈炮又称同轴加速器,由特殊交流电机,原动机,驱动线圈和弹载小30%以上。

  电磁炮原理及分类【附图】  摘要概括叙述了三种不同类型的电磁炮的工作原理,并对其关键技术进行了简要的分析.基本上反映了电磁炮的发展现状.  关键词电磁轨道炮;同轴线圈炮;磁力线重接炮  分类号O59  1电磁炮概述  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km/s左右的炮口速度(即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(不包括采用火箭推进方式).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速度,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,利用电能发射弹丸的电磁炮便应运而生.  电磁炮以电磁力推进弹丸,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×10-3kg时,初速可达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~4km/s;而对于天基战略防御拦截导弹的武器(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20km/s以上.近十几年来,各主要发达国家研究试验的实践表明,达到这一目标是可能的.  现在,电磁炮原理上的问题已基本解决.但是由于在工程技术及制造工艺上还存在一些问题有待解决,所以它的发展仍处在实验阶段.各国的军队都还没有实际使用它.据资料介绍,美国陆军计划要在今年,将电磁炮安装在坦克上投入使用.由于保密的原因,详情还不清楚.  按照结构的不同,电磁炮可区分为电磁轨道炮、同轴线圈炮和磁力线重接炮三种.目前发展比较迅速、理论和实践上比较成熟、接近武器化的,主要是电磁轨道炮和同轴线圈炮.  电磁轨道炮的工作原理  如图1所示,电磁轨道炮由两条联接着大电流源的固定平行导轨和一个沿导轨轴线方向可滑动的电枢组成.发射时,电流由一条导轨流经电枢,再由另一条导轨流回,而构成闭合回路.强大的电流流经两平行导轨时,在两导轨间产生强大的磁场,这个磁场与流经电枢的电流相互作用,产生强大的电磁力,该力推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿导轨加速运动,从而获得高速度.  根据毕奥-萨伐尔定律和安培定律可推得,电枢受到的电磁场的作用力与电流强度的平方成正比,即  F=kI2  由此可见,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.而电流的脉冲宽度在毫秒数量级.  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.因此,轨道炮只需要较短的导轨,就能使弹丸获得很高的速度.它的优点是结构简单,适用范围广.例如可用于天基战略反导,发射质量为1~10g的弹丸,能使其速度达到20km/s以上,以拦截战略导弹;也可用于地面战术武器,如反装甲和防空;还可用于各类超高速碰撞,包括碰撞核聚变、流星体碰撞等研究.其缺点一是效率低,一般约10%左右.二是大电流对导轨的烧蚀严重,影响其使用寿命.为此,近些年来又出现了一些改进型的电磁轨道炮.例如,有的轨道炮为了减小电流,在轨道炮的外面与轨道并行走向绕多匝线圈以增强磁场,称为加强型轨道炮;有的轨道炮采用分段储能、供电或多级串联使用以提高效率.  同轴线圈炮的工作原理  如图2所示,同轴线圈炮由环绕于炮膛的一系列固定的加速线圈与环绕于弹丸的弹载运动线圈(弹丸线圈)构成.它利用加速线圈与弹丸线圈之间互感时产生的电磁力作为弹丸的加速力.当给加速线圈突然加上电流时在弹线圈内会产生相应的感应电流,这时两个线圈相当于两个电磁铁,它们相互排斥,弹丸线圈受到的这个排斥力就是加速力.发射时依次给加速线圈供电,于是产生沿炮身管。

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