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标题: 电磁炮原理 [打印本页]

作者: seek 时间: 2011-9-7 22:28
标题: 电磁炮原理
本帖最后由 seek 于 2014-1-26 10:52 编辑

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0. 电磁炮背景
1. 电磁场理论基础
2. 电磁炮发展史
3. 电磁炮结构
4. 电磁炮用途
5. 电磁炮带故障运行与维修
6. 电磁炮辅助设备
7. 电磁炮生产装备
8. 电磁炮耗能计算
9. 电磁炮工程经济学计算
10. 电磁炮工程实现

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声明
& w0 \3 ]' `4 H9 Q% ^+ \' n, Y5 K& U$ q1. 本文纯属吃饱了撑的写的，有些数据全凭记忆，请勿以本文作为理论研究和生产实践的确切依据。本文大量使用网络公开资料素材用于非赢利目的。欢迎转载，但必须全文转载并标明出处。, \7 j6 _/ ]0 }' `8 j
2. 本人未参与任何军方项目，也不知道任何军事信息，对于任何机密问题均既不证实也不证伪。
$ e' O, B' D$ l0 w/ S1 C* y# u3. 本人海龟当作土鳖找了工作，更新进度和回复仍然不能保证时间。
; x; F6 Y& y- Y4 z# Y/ K, s4. 具有世界最大容量高压电力电子装置的工程设计制造试验经验，承接高低压大小功率容量的电力电子装置的设计制造的咨询、科研课题、定制加工、OEM和ODM等合作和委托。
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以下进入正文部分
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3 J8 f- h+ j7 G* d! V0 电磁炮背景
) k% l* D  G+ B  X: Y/ d 时光倒转回大约十年前，之前美国海军已经启动了21世纪战舰计划，即DDX(DDG1000)综合全电力舰艇，综合全电力系统（IPS)和全电力推进装置是整个项目中最具革新性的部分。2001年8月完成了全系统功能样机，开始测试。
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美国DDX驱逐舰准备配备电磁轨道炮，图中前部火炮为轨道炮，后面火炮为常规155毫米舰炮。(资料图)
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0 j5 q- l: q9 W' j9 P: R 接国家指示，某科研单位奉命开始我国自己的全电力舰艇预研。
6 \! M2 [6 w- Z' n& P 全电推进技术能够显著提高战舰的综合战斗性能。先进的IPS具有极高的功率，同时还可以通过方便的动力输出控制，大幅提高舰艇的灵活性和机动性。水泵、照明、作战系统的供电单元不再是独立的，而是被有机地接入全舰的动力供应系统，大大提高了供能效率，特别是对于声纳、雷达、电磁炮、激光炮等。最终，此项技术经过降噪改进后还将用于潜艇。
" ?8 o& w# x) Q4 A! x 通过使用该项技术，还可以降低建造、维护保养成本，减少舰员编制。与传统的燃油动力舰艇相比，将节约15-19%的油料，并且功率大幅度提高可以支持更强大的作战系统。电力模块还具备快速重新配置的能力，以便为将来战斗系统的升级留有足够的能源冗余。+ Q% w( F1 ~5 v3 F- l" F9 T$ @8 r
全电力舰艇的出现，使得舰载大功率相控阵雷达、电磁干扰装置、电磁炮、激光炮能够紧凑地集成安装在舰艇狭小的空间内。
3 R$ O9 \" f; J0 ?* M5 M
, |8 Z) p3 Y: a" ^/ Q 据《新军事网》2008年6月30日发表的题为“港媒：传中国将建世界上首支电炮部队”文章。从文章所叙述的过程来看，事实的可信度还是比较高的。下面转载如下，供军迷们斟酌：) `- I: f4 l* ~( Z" W
   2006年8月，中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电磁炮进行了首次试验。25公斤的弹丸发射到250公里以外的预定区域，试验取得圆满成功。目前，中国的设计师正在对超高速电炮进行改进。主要是加大弹丸的发射重量，已达到发射50公斤以上制导炸弹的水平。中国超高速电炮的研究已达17年之久，获得突破的是在2001年底。2001年5月，北京有色金属研究院在京宣布，其承担的国家“九五”重点科研项目“大面积双面高温超导薄膜”通过国家评审验收。北院是中国唯一大面积双面超导薄膜应用于器件材料的研究单位。具有稳定提供一定大面积和优质双面薄膜的能力，实现了高温超导薄膜的产业化生产。随即这项技术才被应用到电磁领域，使中国超高速电磁炮研究突飞猛进。
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   经过17年的研究和试验，中国的新概念武器超高速动能电炮的研制于2006年进入最后试验阶段，即将问世。在其先进的超导技术支持下，中国有可能首先拥有和使用这种超高速动能武器。在现代技术条件下，若使用电磁技术发射同样重量的有效载荷，其成本仅是化学火箭的十分之一。; o/ T! o: X% o2 I' U
   电炮有能源简易、无污染、成本低、效率高、可控性好、性能稳定、后座力小、无发射物烟雾及冲击波、隐蔽性强等优点，不仅可发射克级重量的小弹头，还可发射吨级重量的超级弹头，令打击威力和穿透力均大大增强。在试验中，中国的电炮可能使弹头的发射速度达到3-50千米每秒的高速和超高速。3 ?$ o  D- a' o" j. o* l5 @
   中国发展的电炮起点颇高，不仅装备海陆空等常规军种，目前正在筹建而尚未正式成军的天战军种的相应武器装备也在考虑之列。有消息称，一种天基电磁轨道炮正在研制之中，进展顺利，已接近成功。
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在《变形金刚2》中，当地面要求炮火支援时，海面上伯克级驱逐舰的炮火在第一时间，将金字塔顶的大力神击毁．几百公里的距离，这么准确的命中率，强大的火力，是什么样的炮火？! k  n* n3 B1 Q; U

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美国海军阿利-伯克级驱逐舰
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7 S. A6 t5 d/ t+ ?% n 电磁炮即高能电磁轨道炮，不是发射电磁波直接攻击，而是以此为动力取代传统的火药来发射炮弹或导弹等弹丸。从美军2008年进行实验的相关资料看，电磁炮的炮口动能达到了创纪录的10兆焦水平（实际可能具备产生32兆焦能量的能力），使一枚四公斤重的炮弹以7马赫（7倍音速）的高速飞出，射程可达360公里以上（传统火炮几十公里），而且能进行精确攻击，误差范围不超过5米。这样超高速的炮弹，通过撞击就能直接摧毁目标。
7 M. e5 y/ e! v) x% H2 o8 p  r3 Q% `" X3 M# ^# R+ [5 P' g# s# _
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，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程．
0 h  R5 T" a) d+ r% n, [: A3 L电磁炮的原理非常简单，位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动．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．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．4 U: E( ^, c. z

  ?! H% c' D! a# ]$ ]3 `主体部分由两条平行的轨道组成，弹丸夹在两条轨道之间；两轨接入电源，电流经一轨道流向弹丸再流向另一轨道产生强磁场，磁场与电流相互作用，产生强大的洛仑兹力推动弹丸，达到很高的速度  Q4 o' l4 f: \% U
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   电磁炮的优点：* n& d* g9 H- |
（1）电磁推动力大，弹丸速度高．电磁发射的脉冲动力约为火炮发射力的10倍，所以用它发射的弹丸速度很高．一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪子弹的射击速度为1千米/秒．而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒，将300克的弹丸加速到4千米/秒．
3 v- X5 U0 h8 S9 E% T6 p' P（2）弹丸稳定性好．电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力，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* S3 [% Q  z6 |8 X8 v
（3）隐蔽性好．电磁炮在发射时不产生火焰和烟雾，也不产生冲击波，所以作战中比较隐蔽，不易被敌人发现．
9 O- a0 }1 [" V（4）弹丸发射能量可调．可根据目标性质和射程大小可快速调节电磁力的大小，从而控制弹丸的发射能量
1 Z% a5 Q! {, Q9 z8 M8 r, t（5）比较经济．与常规武器比较，火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元，而电磁炮只需要0.1美元．
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7 {- B5 Y/ j6 U8 T9 V9 e( s    1 电磁炮理论基础
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5 v. G5 W" ~, H2 u 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，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程．因而引起了世界各国军事家们的关注．自80年代初期以来，电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分．) b: f& {2 K6 @% Y: d) J. {4 p

/ R9 g7 u$ P. n- p. _' C一、电磁炮的结构和原理
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电磁炮听起来很神秘，其实它的结构和原理很简单．电磁炮是利用电磁力代替火药曝炸力来加速弹丸的电磁发射系统，它主要由电源、高速开关、加速装置和炮弹四部分组成．目前，国外所研制的电磁炮，根据结构和原理的不同，可分为以下几种类型：
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7 @- ?  L# R1 r' u（一）线圈炮：线圈炮又称交流同轴线圈炮．它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成．根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的．加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流．感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生洛仑兹力，使弹丸加速运动并发射出去．电磁线圈炮是由环绕炮膛的一系列固定线圈与环绕弹丸的弹体线圈所组成。炮弹发射时，电源依次给环绕炮膛的一系列固定线圈供电，产生一个沿炮管运动的移动磁场，使得在环绕弹丸的弹体线圈中产生感应电流，感应电流也形成一个磁场，产生加速力，使弹丸在炮管整个长度上得到加速。弹丸就这样高速地被发射了出去。
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（二）轨道炮：轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去．它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸．当两轨接人电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，这就是轨道炮的发射原理．电磁轨道炮是由导轨、电枢及电源组成。导轨是一对平行的金属轨道，用于传导电流。金属轨道是由耐烧蚀、耐磨损、具有良好机械强度的材料制成，镶嵌在用高强度材料制成的绝缘筒内，构成炮管。电枢由导电金属或等离子材料制成，位于两金属轨道之间，它的前端装着弹丸，电枢带着弹丸一起在导轨间运动。当电磁轨道炮发射时，电源供电，强大的电流通过导轨、电枢，最后又返回电源，构成回路，并在回路内产生感应电流，感应电流在回路内产生磁场，对电枢产生一个电磁加速力，推动电枢运动。装在电枢前端的弹丸也得到加速，弹丸就这样被发射了出去。
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（三）电热炮：电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式．最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端．当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料（如聚乙烯）蒸发．蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速．! e$ U2 }. @; t% b
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（四）重接炮：重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度．其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙．长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进．重接炮是电磁炮的最新发展形式．8 g. w, n& e; P
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二、电磁炮的特点及用途
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. \- m% d5 h5 J 电磁泡与常规火炮相比，有以下特点：
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电磁炮利用电磁力所作的功作为发射能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性．电磁炮可根据目标的性质和距离，调节、选择适当的能量来调整弹丸的射程．- F$ L$ H, ?0 E( W  s7 `! V( n
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电磁炮没有圆形炮管，弹丸体积小，重量轻，使其在飞行时的空气阻力很小，因而电磁炮的发射稳定性好，初速度高，射程远．由于电磁炮的发射过程全部由计算机控制，弹头又装有激光制导或其他制导装置，所以具有很高的射击精度．
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从发射能量的成本来看，常规火炮的发射药产生每兆焦耳能量需10美元，而电磁炮只需0.1美元．而且电磁炮还可以省去火炮的药筒和发射装置，故而重量轻、体积小、结构简单、运输以及后勤保障等方面更为安全可靠和方便．
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. _' N$ p7 L: d7 T 电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途十分广泛．
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（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．3 D6 ], x4 U2 ^. M7 U# R

, }0 F4 S* B( ]& N( F' g（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．英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮．
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（三）用于反装甲武器：美国的打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段．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．1 ?7 d2 L9 D, t0 N- J( O
. H; L7 n3 h; y2 ^+ D) A5 Y0 h4 `( B
（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．3 M6 |% C/ A" |2 K" E5 E
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% n5 {) j$ [0 H% R 电炮与传统火炮的最大区别是，传统火炮要借助火药来发射弹丸。其所用固体发射药或液体发射药都是以燃烧气体膨胀作功形式赋予弹丸初速的。因此，增加发射药量一直是提高弹丸初速的主要途径。但火炮药室尺寸的增大及炮管长度的加长均要受到限制，所以传统火炮最大初速难以超越特定的物理限度。由于受原理上的局限，传统火炮想进一步提高性能便遇到难以逾越的障碍。而电炮则完全摆脱了这一“瓶颈”的束缚。2 k9 A& }9 |; K

2 F1 [. P8 Y2 R9 m3 [ 目前正在研制的电炮分为两种。一种是电磁炮，另一种是电热炮。
) E/ E$ C% p  F2 [  ]" r( o) ?" g  r5 A, i5 l3 w
电磁炮加速弹丸的能量来自电磁能，主要有轨道炮型与螺线管炮型两种。后者能量转换效率高于前者，弹丸初速可再提高约一倍，但结构异常复杂且电枢系统很重。电磁炮以能赋予弹丸极高的初速而吸引着人们。它需要攻克的主要难题是体积大、重量重以及对坦克乘员必须进行有效电磁屏蔽防护等。因此该炮尽管研究工作已取得显著进展，但目前仍处于研制阶段，距军事使用还有一定距离。
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3 x- x+ H4 [+ k) F* t' n3 ~ 电热炮指电热化学炮，其原理是利用高电压、大电流的短脉冲电流产生高温等离子体，使高能、轻质的非爆炸工质燃烧产生高压电离气体把弹丸推出炮膛，又称“增燃等离子炮”。同常规火炮一样，电热炮也是靠气体膨胀作功使弹丸获得高初速，不同的是其气体分子量小，可吸引的功能少，弹丸功能小部分（20％以下）由电能提供，大部分由化学能提供。与常规火炮比，电热炮一是弹丸初速高，出口动能大，穿透目标能力强，炮弹重量重、威力大；二是射程远，可超过 50公里；三是火炮膛压可电控，改变射程不需改变射角，一门炮能在很短时间内连续发射多发炮弹攻击不同距离上的多个目标；四是结构上容易实现，将常规火炮炮栓略加修改，就可发射电热炮弹丸，同一门炮可发射两类炮弹，费效比很高；五是使用非爆炸性工质，可确保操作安全；六可实现自动装弹，能以2~5发／秒的射速连射，反应快速灵活。由此可见，电热炮目前比电磁炮更现实、更实用、更具竞争力。难怪电热炮起步虽晚，进展却非常之快。: k2 @# R4 C5 l/ y+ m

+ A% G& ~9 F, D' H) B5 W' r+ I$ \ 当前，电炮的研制已开始进入靶场演示阶段。电炮不仅可用于反装甲、防空，还可用于防御反舰导弹和战术弹道导弹等。届时，“战争之神”将更显风流。% v; z/ e$ G" o2 N
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. e% S8 y% O' h' Q$ { 大家知道，在军事上热兵器取代冷兵器，在兵器史上有过辉煌。但从发展来看，在新的世纪必将是新概念兵器称霸的时代，而其中电磁炮类电磁动能武器将异军突起。在战略防御方面，电磁炮可以拦截弹道导弹和潜射导弹，在天基拦截助推段和中段的导弹，在陆基拦截末段或再入段的导弹。而微波传输电力技术、陆基电源及其机动性和天基小型化等关键技术的突破必将使电磁发射技术大放异彩。
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电磁发射器能源简易、成本低、便于控制发射，比起火炮和火箭所需的特制推进剂要廉价得多。
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' l3 f8 ]( L$ b2 K+ P2  电磁炮发展史
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5 K* e) y. z$ J 传统的火炮或火箭是用推进剂的化学能来发射的，而应用电磁发射技术的电磁发射器发射物体则使用电磁能或电磁力。它能在短时间内把物体推进到更高的速度。电磁发射器用于军事作战时，俗称电磁炮。5 \, p1 m. Y% K5 V5 _
5 I; d1 ~" o/ z. o
19世纪，英国科学家法拉第发现，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上会产生电流；而如果给位于磁场中的导线通电，则这根导线将会受到一个力的推动。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。电动机产生的强劲扭矩启示了科学家和军事家，如果把磁场中的这根导线换成一个轨道，上面再搁一枚炮弹，或者干脆把导线换作一枚可导电的炮弹，是否能把这枚炮弹发射出去？  @( h. ^7 T2 b8 t

$ e- Z1 I6 x" j% \ 电磁发射原理很简单。所有的电磁发射器（无论导轨型、线圈型或重接型）都是利用直流电动机原理工作的，即让带电的导体在磁场中受电磁力作用，以此将导体推进到超高速。所以，电机技术诞生不久，就有人提出了用电磁力发射物体的设想。4 J' V$ S) J9 X: a: A
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早在1845年，查尔斯·惠斯通就制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它把金属棒抛射到20米远。此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造 “电气炮”的设想。而第一个正式提出电磁发射（电磁炮）概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。他在1901年获得了“电火炮”专利。1901年，挪威奥斯陆大学的伯克兰教授制造出了世界上第一台电磁发射器，他还特意为之申请了第一项电磁炮世界专利，并成立了一家名为“伯克兰”的轻武器公司来专门研究和制造电磁炮。伯克兰教授制造的最大电磁炮能够将铁制炮弹加速到80―100米/秒。后来，伯克兰教授意识到他无法获得理想的动力―强大的脉冲电源，不得不放弃了他的研究。
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电磁轨道炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。1920年，法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章。几乎同时，美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。
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二战期间，在军事需求的刺激下，德国、日本都研制过电磁炮。德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里／秒的初速。1944年，德国的汉斯勒博士研制出长2米、口径20毫米的电磁轨道炮，能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08千米/秒；1945年他又将两门电磁轨道炮串联起来，使炮弹速达到了1.21千米/秒。二战期间，日本也研究过感应加速式电磁轨道炮，并把2千克的弹丸加速到335米/秒。但由于材料和电力等关键问题无法解决，电磁轨道炮的研究陷入瓶颈。
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1946年，美国的威斯汀豪斯电气公司建成了一个全尺寸的电磁飞机弹射器，取名“电拖”。+ D) g/ C% i( k
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　　上世纪60年代，美国和澳大利亚的科学家发现，通过瞬间释放高速旋转的飞轮所蕴含的能量，可以获得电磁炮所需的脉冲电源，电磁炮的研究和发展由此出现转机。
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; C' k: Y! A' f  E: p　　1978年，澳大利亚国立大学物理学家理查德・马歇尔和约翰・巴伯等人使用5米长的电磁轨道炮，成功将质量3.3克的塑料弹丸以5.9千米/秒高速发射出去。这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的。, y# d/ C+ R/ A7 k4 g
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到20世纪70年代，随着脉冲功率技术的兴起和相关科学技术的发展，电磁发射技术取得了长足的进步。澳大利亚国立大学的查里德·马歇尔博士运用新技术，把3克弹丸加速到了5.9公里／秒。这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的。他的成就1978年公布后，使世界相关领域的科学家振奋不已，并引起了各国军方的特别关注。许多国家纷纷建立实验室，投入大量人力财力进行研究。20世纪80年代美国国防委员会得出“未来高性能武器必然以电能为基础”的结论。
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　　1980年，美国西屋公司为“星球大战”计划建造了实验电磁炮，若将这座电磁炮放在太空，它能把质量为300克的炮弹加速到8―10千米/秒。面对这种近30倍音速的电磁炮弹打击，太空中所有的航天器，小到几十千克的卫星，大到几百吨的空间站，都将被撞击成为太空碎片。1980年，美国的研究人员在威斯汀・豪斯研究和发展中心用电磁炮成功地发射了一颗质量为317克的弹丸，其飞行速度达到了4200米/秒。
* g6 J5 s3 A  z8 X8 Y$ t" C) f; o7 R& o9 d, g) h5 Y% H
1991年，美国防部成立了“电磁炮联合委员会”，协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电炮研究工作。1992年，美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验。电磁炮从实验室到靶场说明，电源小型化技术已有所突破，电磁炮实用指日可待。
3 L1 _. L9 f; ]0 H$ p" c
; S2 W7 V3 U& |& F　　“冷战”结束后，随着美国和西方防御思想的转变，电磁轨道炮应用的研究重点也由战略和空间防御向常规战争和战术转移。为此美国陆军制定了一个焦点技术计划：大约用5年时间，投资5亿美元将炮口动能提高到20兆焦耳，初速达到3―4千米/秒，投资2.2亿美元，制造一种预研样机并使其具有一定的重复发射能力；然后再用两年时间进行试验和改进，进入全尺寸技术验证阶段，执行先进技术演示计划，从一般性武器化研究转向满足于防空、反导、反装甲和其他武器系统使用要求。
. r4 b& |2 Q! j1 |4 k1 |2 k+ `' {' N$ m0 ~5 A8 D. E6 z7 T
　　除美国以外，英、法、德三国以及日本和俄罗斯都介入了电磁轨道炮技术的研究。英国研制电磁轨道炮的主要方向是装备未来的主战坦克。法国和德国决定联合研制电磁轨道炮，计划分为两部分：一是基础研究；二是设计、制造和试验。基础研究分为系统总体、电磁轨道炮、线圈炮、高速弹丸、电源和开关6个项目。
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　　2004年7月，美国海军成功进行了电磁炮的海上发射试验，下一步便将建造飞行速度2500米/秒，射程达370千米的电磁炮。
7 {/ V8 B6 P; @
7 ^, ^4 J& N. E/ D7 u4 `8 E　　美军实验数据显示，用炮弹初速为1300米/秒的高射炮打飞行速度为250米/秒或500米/秒的飞行器，其成功率分别是60%和20%，而用初速为4000米/秒的电磁炮打，成功率可达100%。
: z$ }, M8 C6 |% h
' f1 W5 S' {; d3 M/ @　　自2005年开始，研究人员便一直致力于延长电磁炮炮筒寿命、炮口能量及尺寸的研究。而这些努力将最终助推64兆焦耳、射程350千米的电磁炮的问世。( b- @0 c. [; b  E4 h! Y
, l( e$ w, q% R( }; N; {

& B7 q! i  |/ L' P2008年美国海军进行的电磁轨道炮发射试验(资料图)
$ m/ n" E! F2 o2 \5 \9 @
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- W6 p  o& R( s# c- k- ^
; p) I( y- O& w' c' m
0 W& @9 E& r! S; X! _% X7 ^  L1 o9 x　　而就在2010年12月10日，美国海军宣布成功试射初始动能达到33兆焦耳，弹丸初速达到5倍音速，射程远达200千米电磁炮。据美国媒体报道，美国海军计划在2020―2025年内实现电磁炮64兆焦耳的初能。- F( v4 S, z8 i9 {
6 K& n6 V, J8 q& X+ n3 n$ s3 z& Z8 b
　　7.5倍音速的炮弹打击365千米远的目标只需飞行6分钟，炮弹撞击目标的速度可达5倍音速，释放出的动能可穿透到12米深的地下掩体目标。而打击海上视距内的目标，炮弹只需6秒钟的时间，这些快速性指标已经超过对陆攻击巡航导弹和反舰导弹的指标。可以预见，电磁炮将很快成长为现代战场强有力的杀伤武器。' q% d7 J3 }/ [0 K$ j$ i4 u/ b* B6 @

+ `' c; V+ {: C5 c( _　　目前，美国在电磁炮研究方面一直走在其他国家的前面。美国海军认为，电磁炮是以接近常规火炮的成本而达到高超音速导弹作战效能最有希望的选择。/ c% P. A+ \) J5 t9 V8 u/ u
$ ~. o5 g7 Q5 v( t# G
信息时报综合报道美国海军2010年10日宣布成功试射电磁炮，这种电磁炮的炮弹速度达5倍音速，射程远达110海里(约200公里)。海军研究局负责人内文·卡尔说，磁轨炮产生的巨大动能意味着军舰可以在远离目标的地方开炮轰击，大大降低军舰面临的危险。他说，这款武器今后可能成为美国海军舰载武器的组成部分。: w% q3 I  B' N6 |" u2 n* p: v

0 k4 T9 J0 g5 N. r- Z( e　　据报道，这次试射在美国弗吉尼亚州达尔格林市的海上战争中心进行。磁轨炮利用强电流产生动能，推动炮弹发射，其外形与一般枪炮完全不同。在这次试射中，电磁炮的炮口发射动能达到了33兆焦耳(1兆焦耳大致相当于一辆1吨重的汽车以时速160多公里的速度撞击墙壁所释放的能量)，创下了电磁炮项目的最新世界纪录，是美国海军2008年1月进行的那次测试所创纪录的3倍多。
% ^! Q* M# q- @8 y9 \
/ o' }: @: u7 R4 n　　由于电磁动能武器初速巨大，高爆弹头不再必不可缺，可降低弹药补给难度。电磁炮发射的炮弹虽然自身并不会爆炸，但由于速度极快，其动能杀伤力十分惊人。美军认为，电磁炮除用于海军战舰的超远程精确打击外，还可用于摧毁低轨道卫星和导弹，代替高射武器和防空导弹遂行防空任务。而且电磁炮发射的炮弹飞行轨迹稳定，能进行精确攻击，误差范围不超过5米。# B  d/ @9 ~5 ^3 W
/ W# u9 r" s1 t4 s- Y
　　不过，尽管此次试射成功，美国海军海洋系统司令部的罗杰·麦金尼斯上校估计，美国海军的电磁炮最早也要到2015年才能交付使用。$ a& h: j& h3 N& S0 z/ t  q8 Y

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4 A0 L, {8 c. C- \2 R8 S  t/ G. t
) b# \$ s9 J2 l; Y1 s
美国军方官员2012年2月28日宣布，美海军工程师在弗吉尼亚州的达尔格伦对地作战中心成功试射第一部由军工企业制造的电磁轨道炮原型。美国海军研究局说，上周至今，这门炮试射6次。现阶段，研发人员重点测试炮管寿命和结构完整性。这是美国军方测试首台舰用电磁轨道炮，预计2017年可以供海军使用。7 I4 ~$ c4 A6 ?- t
/ M6 l3 k/ G$ U, A& B/ Q
2月23日，美国海军试射电磁炮时利用高速摄影机拍下的场景。$ }4 ^& p, C  Z$ i
+ h6 U! S9 H) f( x: [4 g5 r
美军生产的电磁大炮
0 e+ `' D& C9 i* j& M" _9 ]
+ f0 J0 J- z& s( V: D. F0 ?$ w8 g; J6 ~" Y8 F
0 k0 Q" \' ]' H; D/ I: E
1月30日，动能为32兆焦耳的电磁炮被转运到室外试验场。
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- k1 w. d& k1 N
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http://player.youku.com/player.php/sid/XMzU4ODE5NTQw/v.swf
2 F6 {8 A2 b& n, J; ]" x7 M/ K& @$ H. {! l2 ?4 h( S+ w
　　根据美国海军公布的信息，电磁炮的炮弹初速可达每小时7000千米至8000千米，能够打击90千米至180千米外的目标。与传统火炮不同，电磁炮依靠电磁力而不是火药发射炮弹。这门电磁炮原型由英国航空航天系统公司制造，1月30日运抵海军水面作战研究中心位于弗吉尼亚州达尔格伦对地作战中心，进行为期两个月的测试。海军先前仅在实验室中开发电磁炮技术。按照设计，电磁炮炮弹最高速度将达每小时9010千米，是音速的7倍以上。
6 v; v. O! c7 r2 z- I
: K5 G" u! S' y( E# W, r8 Y　　电磁炮项目经理罗杰・埃利斯说，这次试射的主要目的是评估原型炮的炮管寿命和整体结构。相比现有舰炮，电磁炮的射程“大大增加”。美军现有127毫米口径舰炮射程大约为24千米，而电磁炮初期设计目标为大约185千米，最高超过400千米。如果开发成熟，电磁炮将能大大加强海军的多任务能力。其远超普通舰载火炮的初速与射程，意味着海军可为陆上军事行动实施精确远程火力支援，拦截来袭的敌方巡航导弹或弹道导弹，以及攻击敌方舰只等。
& K  p: a3 l5 V8 _2 j9 R  y/ z, R
, g7 c0 \6 h( |3 D1 t3 B; j　　英国航空航天系统公司研制的电磁炮原型大约12米长，发射能量为32兆焦耳。美国通用原子能公司是另一家电磁炮原型研制商，定于今年4月向海军交付样炮供测试。
- w) \  B8 Z" H" M& p3 u, T$ `7 x+ Q
　　美国海军2005年开始研发电磁炮，打算2017年完成，于2020年左右将电磁炮装备军舰。今后5年，研发课题为确保电磁炮连续发射和炮管冷却。海军希望电磁炮射速能达到每分钟10发。另外，研发人员还需确保弹丸能承受发射时的高温和强大作用力，不至于解体，弹丸内的全球卫星定位系统及其他电子装置必须能正常工作。/ |$ ?) N- e- c4 z" f. \
( F) r) O2 J# v) f1 A2 c
7.5倍音速的炮弹打击365千米远的目标只需飞行6分钟，炮弹撞击目标的速度可达5倍音速，释放出的动能可穿透到12米深的地下掩体目标。而打击海上视距内的目标，炮弹只需6秒钟的时间，这些快速性指标已经超过对陆攻击巡航导弹和反舰导弹的指标。可以预见，电磁炮将很快成长为现代战场强有力的杀伤武器。+ i& U. H+ ^6 P

: z. w# S5 @* K" |4 O, s
& W; I1 p2 a( q0 s3 }* V3 F-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  O& q* J% P7 [! F# E
3 电磁炮结构
) D2 S5 Z5 v2 k; V2 b5 N  @" {1 c" w' ^* w. |. C  ], O) v' c* G, b
目前最成熟的轨道电磁炮的结构主要分为如下几大部分：
. v+ g' O9 Q1 S, {2 F4 i( T(1) 滑轨及后坐结构1 X0 E4 D% Y) \+ R% l- e2 Z' F2 W
(2) 储能元件
! u$ |4 P! o5 ^& U  D7 F2 M/ Q(3) 固态开关
+ o4 |$ }" @  l1 f, @' b* j8 _(4) 射击指挥仪3 b4 r2 u! V/ P( }
(5) 能量转换及管理系统/ M3 |" F8 n/ Y5 j% k) k& M/ l
(6) 炮架、电缆等附件3 W* q2 T, E% L7 V, H; R
+ F: P& q) }+ K8 b7 A
下面逐一解释
8 J% \. ~7 G7 i" G: [(1) 滑轨及后坐结构4 A7 H7 a" t6 B: J  l
滑轨由两条平行的金属条组成，金属弹丸就与两滑轨紧密接触并在滑轨上滑行运动，滑轨的出口指向可由炮架依据射击指挥仪装定的参数调整俯仰角和方向射界。7 ?: {0 Z; d7 ?% s& V( @; }% Q  i
根据动量守恒定律，电磁炮在发射时抛射弹丸的同时，炮身也将受到一个向后的反作用力，因此电磁炮也需要后坐装置用以缓冲。
  H1 N# y! f, c4 ^$ b8 u3 T3 J# }3 y, `- p, x$ s; O- ?: r, a
(2) 储能元件
; G/ g7 H% d: _- u电磁炮的储能元件要求充电快并能在瞬间释放大量能量，目前实用的储能元件还只能是超级电容器组。: p& y* Z7 p" c4 ^/ A
$ Q& Q' m+ G- _! i% q
(3) 固态开关) j; |4 S9 O0 `; `
由于电磁炮工作时的电流巨大，可以达上万安培，而且通电时刻必须精确控制，常规机械断路器已经不满足要求，必须采用固态电子开关。0 h& u8 }7 s  ^7 x: ]! Q3 z& ]* x

  x7 {5 d! S& {( p0 ?(4) 射击指挥仪* j  _3 w" J. }$ z
射击指挥仪能够解算装定目标的诸元并调整炮口指向，还能根据前一发的弹着点自动修正下一发的射击误差，实现两发确保命中。
& g  d$ e2 \3 ?" w5 c5 _3 d7 d/ C+ |; P1 Z" S( |
(5) 能量转换及管理系统- U7 w8 ]- @# C8 n5 j  b
目前电磁炮还未能接入全电力舰艇的舰载电力系统，能源来自于化学爆炸发电，控制电容的充放电需要采用电力电子为核心的自动控制装置，该系统具有友好的人机界面，可以实时提供能量系统的状况参数显示。该系统也管理后备电源的启动和切换。
, G& d; V( K7 a; g1 d7 t待正在研究的舰载电压无功稳定装置研制成功后，电磁炮可以直接接入舰载电力系统而不会对电网造成冲击。
" j9 _. K* y) G# i' V! \5 k2 k5 }6 |, a
(6) 炮架、电缆等附件5 |5 B( ]) w; X7 s
用于承载连接各组件。
# Y+ c+ R8 g: b4 v/ c. r' }$ Z0 K5 D; d7 a" f! H
综上所述，电磁炮的核心在于高压大功率电力电子装置。+ v1 x/ t3 ~1 i& u

6 l3 d3 b5 }2 @9 y--------------------------------------------------------
7 J9 v  W, t9 X+ |9 {8 u4. 电磁炮用途
  r! c5 i9 L+ i, z: A6 z" ~% f
  k3 Z# t/ F$ Y9 U(1) 电磁炮当然可以当炮用。值得提的是，电磁炮由于加速度可控，比用传统火药更适合发射炮射导弹。* g# w1 A+ l/ ~0 a) {6 t

3 s# W4 F5 \! [( s(2) 发射卫星和近地轨道飞行器。思路参考布朗大炮。
+ K4 J, J& D3 J, ]1 \3 n; A# t1 K. D* }
(3) 改装常规火炮，在炮口对火药发射的弹丸进行二次加速，提高炮弹出膛速度。米国的电磁炮即属于该类型，并非纯电磁炮。

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作者: 樱木花道 时间: 2012-1-29 10:11
加油！半仙
作者: 心静天地宽 时间: 2012-1-29 10:42
哇，这个很科幻啊，支持。
作者: 木蝴蝶 时间: 2012-2-3 11:19
就一个图纸啊
作者: 就爱抬杠 时间: 2012-3-2 11:25
等待中，还要等多久？
作者: pothos 时间: 2012-8-10 11:14
你这坑都挖透到美国
作者: puber 时间: 2012-8-14 17:26
顶上来。
作者: 潜水将军 时间: 2012-8-22 18:27
恶搞科幻电影钢铁苍穹中，美国女总统向各国代表隆重介绍美国的太空战舰乔治布什号，上面就装备着电磁炮，不过看来火力不如俄罗斯的和平号。
作者: 小学一年级 时间: 2012-9-2 23:21
好东西。。。
作者: 小学一年级 时间: 2012-9-2 23:22

小学一年级发表于 2012-9-2 23:21 ! t+ L5 W* B8 }3 K5 r
好东西。。。

0 X9 p1 v/ H3 f) ^. j+ E: g0 ]* R: _0 z
半仙帖子里有宝，有钱拿
作者: 包子饺子 时间: 2012-9-17 07:12
很全面啊，赞。。。
作者: 晨枫 时间: 2012-9-17 07:51
这个怎么贴到这里来了？应该转军事版啊。
作者: 库布其 时间: 2012-9-17 10:00

晨枫发表于 2012-9-17 07:51 . e# o; U2 ^) `* ~  N7 Q
这个怎么贴到这里来了？应该转军事版啊。

6 P3 y4 i+ b! H+ i7 d! V5 |更想知道这东西的难点是什么？我能想到的就一点：大电流。( i2 S7 S' b7 |$ G, |8 k

9 N3 b4 E8 _% x' q1 z7 Q. U3 S8 ?相关的内容有：/ J: I; j3 Q( w8 P( F- }1 H3 k
大电流的产生，供应。看起来有点类似相机闪光灯的应用，瞬时大电流释放。那么是不是也有相应的巨大电容来支持这种做功呢？$ y3 N5 j* L7 {- j1 S6 B2 a6 l

% T. T5 `8 S& X( n# s" s炮弹和导轨之间，既需要有良好的导电性能，又需要滑动接触，不知道怎么处理。6 O3 ~5 d- q2 l% W; a1 j% o
* J) h! R- P, x! o  k" r7 g8 \
超导薄膜在这里怎么应用？
作者: 晨枫 时间: 2012-9-17 10:24

库布其发表于 2012-9-16 20:00 ! D$ n1 f5 ]8 i1 E" W  z
更想知道这东西的难点是什么？我能想到的就一点：大电流。: o* o& h+ [2 @, I2 a! y
+ I  c; v/ y# W0 N
相关的内容有：

5 f% W( J; i1 R8 @# y可以采用磁悬浮的原理吗？
作者: 不爱吱声 时间: 2012-9-17 10:45
好东西，有意思。
: J0 q! y, v4 ^3 o  x/ N8 n( N& j1 k  e$ d" Z
期待继续。。。
" H3 Y" w6 j6 x3 h( z. A3 f' t8 }1 B( W+ Z
如果最后能给些参考文献就更好了。
作者: jonathanyj 时间: 2012-9-17 13:57
太深奥了, 俺是来被科普的.
作者: 苏苏苏 时间: 2012-9-17 15:18
等待电磁炮战列舰的时代……
作者: 雨的节奏 时间: 2012-9-17 15:58
牛帖留名，希望电炮能早日上咱们的新大驱，那航母岂不是没用了
作者: 包子 时间: 2012-9-17 21:29
这玩意太贵，钱基本都花在买电容上了，普通屌丝玩不起，俺当年做过一个将近4焦耳的，可以打鸟玩儿。
作者: 东湖珞珈 时间: 2012-9-21 00:06
前天放学后接儿子回家，路上就在谈这个RAILGUN
作者: 得大自在 时间: 2012-9-21 03:57
到此一游!
作者: puber 时间: 2012-9-27 17:59
这个东东出来后,感叹:2 g" m6 Q7 g' A$ l# g1 f
1. 地球真是显得太小了,300公里外,几分钟内"点穴"。
3 X7 r# l+ X1 m2. 只以破坏而不以占领为目的的战争成本又会降低好多,主要是电费,金属弹丸的成本就更不计了。昂贵的制导部分也没了。. @+ P/ D& O+ _5 r- K
3. 太空探测，监控系统更重要了。; ]# m- X0 C; w+ z6 @" ~
4. 防守方的噩梦啊, 现有的防守技术都失效且成本太高, 科技不行的小国家更只有挨打的份了。
. U% e4 r; J* v  U9 ^5. 这可是大国称霸的必备利器。
# k" {2 N8 {3 O9 r1 r+ ^0 A0 S
7 p# l0 ^, q9 T* w) C& P
作者: 风牧雨 时间: 2012-10-6 18:42
能不能搞个什么座舱，人坐在里面，用那个电磁炮发射，嘿嘿，人间大炮。
作者: 冰蚁 时间: 2012-10-9 01:47

风牧雨发表于 2012-10-6 05:42 . `& W/ }/ V1 }5 P! x2 B
能不能搞个什么座舱，人坐在里面，用那个电磁炮发射，嘿嘿，人间大炮。

+ k. |& |0 a8 Q* z, ?如果能搞成一个近地轨道飞行器的发射平台，会很有意思的吧。
作者: MacArthur 时间: 2012-10-9 02:41

冰蚁发表于 2012-10-8 12:47 - N5 f1 n1 k& I# v; v3 d. c
如果能搞成一个近地轨道飞行器的发射平台，会很有意思的吧。

1 ~2 R, }. G4 t1 `! c1 B
) H; z# }- D. z  X如果能挂到近地轨道上，就没必要用电磁发射了 -- 直接丢下去，光是势能转化动能也够喝一壶 -- 实际上这就是美国所谓“太空拐棍”计划：让悬浮在轨道上的可变轨空间站携带大量简单金属棒 - 贫铀或者钨棒，万一有事直接变轨到你头顶上往下丢棒棒。。。每一根丢下来都是十几吨级的当量，破坏力甚强。。。防不胜防，也根本没法防。。。
. J7 B* Y0 W% _+ N9 X, {1 z, ^
作者: 冰蚁 时间: 2012-10-9 04:27

MacArthur 发表于 2012-10-8 13:41 6 d; K: f( k0 ~6 C6 z7 J
如果能挂到近地轨道上，就没必要用电磁发射了 -- 直接丢下去，光是势能转化动能也够喝一壶 -- 实际上这就 ...

0 f2 S. P# ^& f$ m# |我想的不是你说的这么个东西。我是针对上面说的人间大炮说的。
8 [6 F/ \% {3 D9 L: S9 [2 q
" t7 ?' {% K0 b8 q2 v6 }; d! @9 S7 \我们可以先不搞载人的，弄点货物/货船的发射。发到近地轨道，用机器人对接，拼装出大型物件；或者给空间站提供补给。
作者: lycomm 时间: 2012-10-12 00:13
我怎么感觉这些武器都是美帝用来对付TG的.
作者: 海阔 时间: 2012-11-5 18:18
似乎国内也在搞这玩意；看马院士的事迹；
作者: wzhao126 时间: 2012-11-21 13:40
这个太牛B了，可惜这么先进的东西怎么都是美国人先搞出来的。
作者: lycomm 时间: 2012-12-9 15:30
山姆大叔不干别的，就研究武器和金融，堕落了，哎，堕落了。
作者: seek 时间: 2014-1-24 11:18
本帖最后由 seek 于 2014-1-26 17:05 编辑 . s5 v4 w9 q6 Y% o
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还剩! ?4 t+ r9 ^$ Y: j
5. 电磁炮带故障运行与维修
$ R, d- ]4 U& ]+ z6. 电磁炮辅助设备
6 j& Z/ X- n) R: N9 r7 r/ z- H# U/ f7. 电磁炮生产装备
* s5 A' b2 e% Q7 S0 T2 j/ j8. 电磁炮耗能计算2 e: r4 {) M& \$ d
9. 电磁炮工程经济学计算
4 f/ j# y/ G& y+ n" M10. 电磁炮工程实现
: H$ [. l( E) K4 N--------------------------------------------------------------继续施工------------------------------------8 r5 D! Q( F2 A; I$ B

" q4 z) j, e! h+ s6 w3 D8 d5. 电磁炮带故障运行与维修6 i- o, v) z* V5 v% e
   嗯，我们当然希望设备完全没有故障，不过这基本是不可能的，特别是当部署于炎热潮湿的海上盐雾加振动环境中，多数设备都会出现大大小小的故障，让我们先来看看故障的定义和分类，然后再谈谈如何避免故障和无法避免故障时应当如何应付的工程实际问题。这一部分主要是跟现场工程实践的实现相关，不是那些高校研究所里坐而论道闭门造车骗取国家经费的，估计对于编申请书忽悠评审砖家让国家冤大头买单没什么用或者对于东拼西凑攒论文发表没什么帮助，不感兴趣的读者可以直接跳过该部分。  v& x9 [* w+ w6 u6 U$ b; r
   一、带故障运行的原因
0 K( e& p- q) C# e# l （一）设备故障的定义
8 d+ T. O! O1 T2 k8 K0 Q    机器设备是工业生产的物质手段，是生产力的重要组成部分。机器设备能否安全、正常运行直接关系到一个企业乃至部门、国家爱的经济发展。
* B: O4 L( T9 y7 e4 @- [  d, o 对于机器设备故障的定义目前尚未有统一的说法，各种文献上的定义也都不尽相同。
* A+ c% H/ @: G" X 按国标（GB3187-82）规定，给定层次级上的子分系统的故障是指该子分系统“丧失规定的功能”，或者说，给定层次级上的子分系统的输出与所预期的输出不相容。按我电子工业部部标（SJ-2166-82）的规定，在一般情况下，故障是指：
3 `2 f" L& M( o+ m3 s/ @ 设备（系统）在规定的条件下，不能完成规定的功能； $ g9 M8 L& u( c- ~
   设备（系统）在规定的条件下，一个或几个性能参数不能保持在规定的上下限值之间；
) C/ F9 `7 O3 }9 B* g 设备（系统）在规定的应力范围内工作时，导致设备（系统）不能完成其功能的机械零件，结构件或元器件破裂、断裂，卡死等损坏状态。
. F- j: p( e8 j. p) U （二）设备故障的分类
8 F, n; g) T& [  x6 V0 s% t 由于机器设备多种多样，因而故障的形式也有所不同，必须对其进行分类研究，以确定采用何种诊断方法，故障分类的形式主要有几种：
& R% q* c0 @+ ]+ E/ d2 c% m     一）、按故障存在的程度分类 ) O; [3 ]2 t  m' O. z1 U
   1）、暂时性故障  这类故障带有间断性，是在一定条件下，系统所产生的功能上的故障，通过调整系统参数或运行参数，不需要更换零部件又可恢复系统的正常功能；
/ s. k; G4 ~5 r) t. n! L      2）、永久性故障  这类故障是由某些零部件损坏而引起的，必须经过更换或修复后才能消除故障。这类故障还可分为完全丧失所应有的完全性故障及导致某些局部功能丧失的局部性故障。
$ A: _$ ?0 a9 H1 d% E    二）、按故障发生、发展的进程分类
1 e6 f# [- j+ X, V) M0 w2 O    1）、突发性故障  出现故障前无明显征兆，难以靠早期试验或测试来预测。这类故障发生时间很短暂，一般带有破坏性，如转子的断裂，人员误操作引起设备的损毁等属于这一类故障； 5 x  Z" M0 c9 g$ V# X% j% |8 P
   2）、渐发性故障  设备在使用过程中某些零部件因疲劳、腐蚀、磨损等使性能逐渐下降，最终超出所允许值而发生的故障。这类故障占有相当大的比重，具有一定的规律性，能通过早期状态监测和故障预备来预防。
8 u, [1 b1 u1 s. J    以上两种类别的故障虽有区别，但彼此之间也可转化，如零部件磨损到一定程度也会导致突然断裂而引起突发性故障，这一点在设备运行中应予注意。 6 K3 P' S* [& u' ^4 S  A
   三）、按故障严重程度分类 ( H) a2 m& U6 X' h
   1）、破坏性故障  它既是突发性又是永久性的，故障发生后往往危及设备和人身安全；
$ i. @) M2 I2 {+ i+ e+ z    2）、非破坏性故障  一般它是渐发性的又是局部性的，故障发生后暂时不会危及设备和人身的安全。
: ]- t0 a, l- `' R2 Z" p4 I    四）、按故障发生的原因分类 9 t. j2 L+ C6 |* Q) i
   1）、外因故障  因操作人员操作不当或条件恶化而造成的故障，如调节系统的误动作，设备的超速运行等； 7 T5 [9 t6 \" ]! O0 O8 C* }
   2）、内因故障  设备在运行过程中，因设计或生产方面存在的潜在隐患而造成的故障。如设备上的薄弱环节，制造商残余的局部应力和变形，材料的缺陷等都是潜在的因素。
: ^) p; o4 \# X4 w- n% P    五）、按故障相关性分类
3 M# I( M9 l) _. ?3 U& T    1）、相关故障  也可称间接故障。这种故障是由设备其他部件引起的，如滑动轴承因断油而烧瓦的故障是因油路系统故障而引起的，这一点在故障诊断中应予注意；! ]0 ^2 [4 Q; W3 ]: d$ W
2）、非相关故障  也可称直接故障。这是因零部件的本身直接因素引起的对设备进行故障诊断首先应诊断这类故障。
+ h- K2 W! H9 I, {0 C! w    六）、按故障发生的事情分类
( L  c$ \; p+ [% a. {# ]    1）、早期故障  这种故障的产生可能是设计加工或材料上的缺陷，在设备投入运行初期暴露出来。或者是有些零部件如齿轮对及其他摩擦副需经过一段时期的“跑合”使工作情况逐渐改善。这种早期故障经过暴露，处理，完善后，故障率开始下降； ' i( I5 m: ]  r( g! @
   2）、试用期故障  这是产品有些寿命期内发生的故障，这种故障是由于载荷即外因，运行条件等和系统特性即内因，零部件故障，结构损伤等，无法预知的偶然因素引起的。设备大部分的时间处于这种工作状态。这时的故障率基本上是恒定的。对这个时期的故障进行监视与诊断具有重要意义的； ! Z5 Y' e; o2 K$ M
   3）、后期故障也称为耗散期故障  它往往发生在设备的后期，由于设备长期使用，甚至超过设备的使用寿命后，因设备的零部件逐渐磨损，疲劳，老化等原因使系统功能退化，最好可能导致系统发生突发性的，危险性的，全局性的故障。这期间设备故障率是上升趋势，通过监测，诊断，发现失效零部件后应及时更换以避免发生事故。$ y2 e$ Q$ x0 a! X
   （三）设备故障管理
# Q+ }7 I( a2 \3 U+ W5 t9 }    故障管理是设备管理的核心内容之一，其目的是在于早期发现故障征兆，及时采取措施进行预防和维修。$ T2 A( e+ Y5 Y5 w% c7 o
   那么，故障管理究竟干些什么呢？俺个人认为分为三大阶段，以下纯属个人意见，概不负责( k) i2 _* e8 G  O& l, P
   一）、设计、制造和修理阶段的故障管理因素（工作负荷、工作环境、设备保养和操作技术）: }+ ^; X5 ], P) f1 Y
   1）、在设计阶段就必须根据使用充分考虑避免或者减少故障发生的可能，或者设计时留有冗余应对故障发生
% k0 w% Y3 q5 Z& q' ?' p  Y/ J    2）、制造和修理阶段必须考虑到材料选择、加工质量、装配质量等因素，防止或者限制故障发生的可能
& U+ f- s. F4 I3 q    二）、运行阶段的故障管理
' c2 n5 X9 F: W) J% A1 ]: ]9 a    1）、故障诊断，根据状态检测得到的信息结合设备的工作原理、结构特点、运行参数及历史运行状况，对设备可能发生的故障进行分析预报，对设备已经或正在发生的故障进行分析判断以确定故障的性质、类别、程度部位及趋势，从而找出必要的对策。
; `$ L, C5 L' i    2）、在设备故障发生之前,运用适当的维修策略消除故障隐患和设备缺陷,使设备始终处于完好工作状态。$ l' P. @) T& q: o/ X4 l
   三）、技术升级改造后的故障管理
1 F( N% P3 s% Z  v4 e( A5 C    对常发生或多次重复出线的故障部位或零件重点监测，必要时对其进行系统技术改造，建立故障信息管理流程。
, K7 C: z* `5 `/ [1 @( {5 [
0 `* ]# R% [+ U; O+ a6 e- S3 D    上面这段话说得有些复杂，比较适合国内现在把简单变为复杂的学术风气潮流，下面用普通话翻译一下：! V+ D5 z2 @( d- A+ e  @& ~
   故障就是非正常状态，包括不能正常工作，达不到期望性能或指标不满足，以及设备损坏等。
* b, h2 q( I4 \; J8 ?    故障分类有很多种，不同故障有不同的应对方法，就像牙坏了，有补牙、拔牙、根管治疗等等不同的治疗手段。
1 n0 t- C) r9 Z6 T& H    在设计、运行维护、升级改造阶段，故障是可以进行预防和维修的。! q- h- w/ N  i. T9 L, u
8 K& b% W( h! {, D6 C
   好了，从以上我们可以看出以下几点：2 t& Z5 P# \* @& A- K
   一）、好的设计可以避免全部或者绝大多数故障的出现，所以说好的设计人员其实才是真正的人才，只不过善战者无赫赫之功，善医者无煌煌之名，比如扁鹊很有名气，但估计没几个人知道扁鹊还有大哥二哥，大哥二哥叫啥名也没流传于世。: Q  C+ ~0 J! C$ R
   二）、设计时要考虑到制造和使用者的技术水平，如果打算让一帮扩招后的三本大学生来装配和操作，那么设计时就要考虑到制造和装配、使用过程中不需要操作者用到超过一元二次方程组水平的数学知识，因为文盲半文盲即使花钱买到了文凭也还是文盲半文盲，只不过是有文凭的文盲半文盲，感谢教育部的扩招让文盲也有了文凭。6 q5 M" t9 e2 {
   三）、现代的检测手段使得故障能够被监视甚至预报，在此基础上可以合理安排维修，使得设备尽量保持完好并且维持最大的出勤率。
1 s9 D/ E- O% i    四）、有些故障并不要求停运，即有的故障允许设备继续运行一段时间，也就是带故障运行。
3 y0 m: t  J) a* G, u) Z) z0 C
% V7 f9 i: W8 K* Y    其实带故障运行是很常见的事，原因如下4 `) T, L+ h  ^  `" r% A, W6 O/ Y( r8 S
   一）、现在的设计者很多一辈子都没到过生产现场或者工程现场，很多人就是在学校直接到研究单位，然后就被圈养了，出去参观学习的机会都被不干活的领导及其随从给抢占了，真正需要出去开阔眼界交流的技术人员反而被排除在外。井底之蛙闭门造车设计出来的东西当然会有各种各样的问题，这样的后果请参考帝都地铁的设计，特别是换乘设计，先感谢国家。3 S2 D: |" ]& v
   二）、不仅是没有机会见到国内外同行的产品技术，很多砖家既没吃过猪肉，也没见过猪跑，特长就是对自己想象中的猪进行所谓研究，而恰恰很多时候就是这些砖家把持了国家的科研经费拨款，由于这些砖家没搞过实际工作，本能地对于工程实践工作有厌恶抵制情绪，而倾向于把钱投向所谓的把简单变复杂的一些理论研究（其实很多时候就是天下文章一大抄，看你会抄不会抄），也就是大部分投向自己或者自己门生，而不愿意投钱给实干者去提高工业设计制造能力和水平。这种砖家设计出来的东西，永远都是理论上先进，实践上.......。5 r+ x+ `% Y1 i6 `- P" Q. d/ |
   三）、某些应用场合确实很恶劣，比如海军用的电磁炮，那是要装在舰艇上满世界各大洋跑的，必然就会遇到各种各样的环境条件，比如腐蚀性盐雾、高低温差、振动。出厂前试验不可能完全模拟实际现场，若考虑不周，出现各种故障问题也是可能的。
2 i+ M) n( q3 Z    四）、操作运行人员不按规程操作。中国人最大的特点就是聪明，而有时候人太聪明了就自作聪明习惯偷懒，一偷懒就容易出问题，一出问题就容易导致故障。( O# q: Y' O- S/ Q4 R+ C
   五）、现在的实业环境，大家都知道啦，除了炒房和金融赚钱来得容易，实业利润率被压得死死的，大家被迫都偷工减料，有良心的厂家用差品牌的零件，没良心的厂家就直接用没品牌的零件了，做习惯了军品也一样，前段时间刚曝光了霉国军工商到华强北采购打磨芯片。用了品质差的元器件，那么整机故障率升高也就是正常现象了。" e0 {% `% Q9 I9 f: d
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   废话了那么多，接下来瞎掰几句。* S$ J: q7 E7 X0 \2 k- E* f5 h
   电磁炮作为武器，与传统武器不同，电路部分为主体，分为强电和弱电部分。强电部分的特点是电流功率密度大、发射频率尽可能高、对散热结构设计要求高。弱电部分要求抗干扰性强、控制精确、可靠性高等等。看起来说得简单，其实每项做起来在工程上都是巨大的挑战。下面举例说明
- x8 x" V' }% ~$ ~* U    一）、超高电流/功率密度
9 V' Y4 [+ T4 r7 S( C$ g( b    打个比方，一条普通公路，比如双向四车道，每分钟通行流量是100辆车。那么第一个问题，如果要把通行流量提升到200辆车怎么办？有的同学会说，很简单，把车道数增加到双向八车道就行了。恭喜这位同学小学算术基础扎实，答对了！接下来是第二个问题，如果要把通行流量提升到1000辆车怎么办？有的同学经过心算，举手回答说，把车道数增加到双向四十车道就行了！这个答案理论上似乎可以......但是有谁见过这么宽的公路吗？那么应该怎么办呢？一种方法是，另外再修几条公路，比如京津唐高速车满为患之后又要修第二条京津唐高速。但是随之而来的新问题是，怎么分配流量到各条路上，以便均衡负载？若不能正确分配流量，那么就可能出现一条路挤得跟帝都二环、三环、四环大停车场似的，另一条路却空空荡荡跟无人区似的。另一种方法是提高平均车速，比如不许马车、驴车上路，马和驴的孩子骡子也不能上路，再把自行车（人力的和电动的）、摩托车给禁止了，小排量的QQ夏利之类的也不准出现，再搞点私家车限行啥的，只发无限制通行证给公仆的大排量豪华车队，那么平均车速就提高了，单位时间内的流量自然也就提升了。第三种方法是采用行车电脑配合测距雷达，缩短前后车距，或者使用一些新技术，这样也能提高单位时间内的流量。
  @# G& H* {, _" ]: B1 p6 [8 S  Z    同理，电流密度提升后也会遇到类似的问题，而且由于电流的趋肤效应、电阻热效应等，使得大电流密度时的情况更为复杂，远不是1+1=2这样简单叠加就可以解决的。通常而言，在材料没有突破前，加大电流密度是很困难的，只能迂回前进，比如使用分裂导线，或者降低温度使用超导，或者改换思路提升电压从而提升功率密度。当然提升电压也不是那么容易的，从低压到高压的实现跨度可不是线性的，不过可能有的人没法成功提升电压反而会欲盖弥彰吹嘘自己故意不提升电压的。. B, B' f" i- M& H
   二）、电流/功率控制
, y7 \; [9 d/ l) i. H    由于发射的弹丸或者飞行器的重量和目标速度不同，以及加速过程运动方式不同，电流/功率是受控变化的。很显然，要把一架满油满弹的重型战斗机和一个小炮弹发射出去，在轨道上加速过程的加速度变化和最终出口速度、以及是否要考虑滑块减速回收等都是不同的，因此对于电流/功率的精确控制，包括每个时刻的大小控制和全过程总量的控制，都提出了极高的要求。
7 u1 w. h( D3 @6 W- Z6 K# j    三）、电磁兼容, M" m$ B6 u9 r8 u2 N# l/ \
   虽然电磁兼容的理论大家都知道，但是真做起来不是那么容易的，特别是遇到大电流剧烈变化的时候。比如电脑主板上的蛇形走线和接地层过孔处理，这个不是光靠理论就能算明白的，也要靠软件模拟和试验才能整清楚的，而且有时由于受限于设计者水平，挂一漏万，可能没考虑到某种极端情况下比如霉国放了个EMP时强电电路和弱电电路会受到什么影响。通常而言，EMC的手段有几种
& U/ m& d% ^! U+ N: X    1）屏蔽，加个乌龟壳把内部设备保护起来，电屏蔽相对容易实现，磁屏蔽就比较难了。4 F/ J8 \  V, v) V: ~
   2）滤波，电子板上经常用铁氧体材料在频域上把不需要的频谱滤掉。
& q) M4 d: d  |+ u/ F* g8 u0 g    3）接地，强制电路中的某点接地保持地电位，这样就得到了等电位体，使电荷能够导出。
( n; o) l  ~" O    还有就是从设计时就考虑到受电磁干扰情况下，装置仍然能够正常工作，就是设计时采用各种措施，使得装置不那么娇气，比如采用先进的鲁棒性好的控制结构，可以减少对参数变化的敏感度，也可以减少降低对电磁屏蔽等的要求，大大节约成本，放宽工艺要求。) |  u  ^- Z! X# G% m
   四）、冗余/可靠性# r% D8 }! E0 {- ^  K& ^
   先拿个大家熟悉的AESA来说，一般都有上百个发射接收单元，坏几个无碍大局，这就是冗余。电磁炮由于结构原理不同，冗余相对来说就稍微难做点。这个就不具体说了，大家自己慢慢摸索吧，反正没钱的也烧不起，有钱的用的也不是自己的钱，国家的钱烧就烧吧。有悟性的，可能少烧几次，而悟性不够的，就持续烧下去吧，反正国家有钱，给你了就不花白不花好了。
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   概括一下：; g% I* t+ h6 }4 Q) H& M7 h
   一）、大容量必然带来工程上的挑战，并非是简单的线性叠加就可以解决的，在实验室里做一个小规模原理样机很简单，做一个全尺寸原型机就难多了。0 a; n1 E7 T5 o! k& R
   二）、不是在理想情况下能把载荷发射出去就算成功，首先要考虑到各种载荷本身特性的不同带来的对技术指标特性的不同需求，其次要考虑各种边界异常故障情况下的处理措施，如果只能在理想条件下才工作，遇到点恶劣条件就罢工，那就跟温室里的花朵一样，中看不中用。而且大容量的用电装置的行为对于所接入的电力系统有很大冲击，并不像我们日常生活开个灯关个灯对电网的影响可以忽略不计，特别是如果所接入的电网是舰上电网这个很特殊的小电网，潮流波动的影响非常巨大。实际上，对于俺们这种干工程的，做个理想条件下的样机从来都不是工作的重点内容，真正费劲的是设想模拟各种异常故障情况下如何保证设备能尽可能地发挥最大作用并保证自身和系统安全。当然，这些东西都属于技术秘密，如果没有亲自干过，没有大容量电力电子装置的实战经验和对电力系统的深刻了解，光靠看了几篇灌水paper就拍脑袋是拍不出来的，查论文是查不到干货的，抄是抄不会的（如果有得抄的话）。就像ABB的纯机械结构的VD4型断路器，国内研究仿造了多年，还是达不到同样技术水平，更不用说带有电路板和代码的控制器的装置了，比如说HVDC-Light，原因就是即便你抄了全套也还是知其然不知其所以然。有些情况下也没法抄，比如歼20为什么不能抄F22的气动布局？因为发动机不给力，即使抄了也没法达到同样的机动性，所以只能用先进的气动外形来弥补发动机的不足。跟大家想象的不同，越是基础薄弱有短板，越是需要有先进的理论和设计来支撑，才有可能不落后于对手，如果按部就班就知道抄，那永远都只能当跟屁虫。所以看一个人是否真有能力在工业基础薄弱的条件下做出世界领先的设计，可以先看看他的实践经历、亲自写的论文和专利是否有理论领先的可能，很难想像一个天天在高校研究所忙着申请项目搂钱挂名指导一堆研究生博士后的功成名就的获奖专业户能真有机会有精力去干实际工作，更不用谈能做出先进实用的设计了。+ o' g( t9 I! @' b
   三）、对于工业品的要求和样机是完全不一样的，不是搞个试验样机把个模型发射出去就OK了，就算不惜成本不计代价，至少弹射频率，故障率，大修周期神马的都合格，才能真的上舰，才谈得上成功。所以我们经常看到新闻这突破那成功的国家发奖鼓励表彰啥的，但是市场上迟迟不见真面目，或者好不容易出来了却毛病百出，为啥呢？就是因为工程化实用化这一步跨不过去。要是光看CCAV的各种评奖新闻，个个学霸获奖者都牛气冲天，中国早就成了世界唯一的超级强国了。国家把一堆奖和拨款发给早已经不亲自做科研光忙着把持拨款的学霸，真正干活的反倒要饿着肚子受剥削压榨，狗粮吃不到狗嘴里，这才是中国缺少创新动力只能走山寨之路的真正原因，但是山寨也不是那么容易的，光抄个CFM65核心机都花了多少年？' w  p' ]7 @8 a
   这也就是为何以前钱学森回国后力主先集中力量搞火箭的原因，因为飞机是要重复使用的，以当时的工业基础条件是不合适的。这大概也是电磁炮号称成功，但是迟迟不装备入役的根本原因，成本绝对不是问题，对于国家而言，能用钱解决的问题都不是问题，大不了继续多印钞拉动经济增长就是了，但是总不能装上去了时不时出点故障，打一发要保养维修一两天甚至更长吧？特别是电磁弹射，紧急情况下要做到一分钟弹射至少一次的频率下连续可靠运行1小时，大修间隔无论如何不能少于一次例行训练、执勤周期吧？再次，总不能弹射一两次，就要维修工上去检修有无故障更换易损件吧？像霉国B2那样出动一次就要清洗重新喷涂料的做法，就算国家再有钱，总要费时费力吧，这样折腾哪受得了？
作者: 然后203 时间: 2014-1-24 12:32
据说可以用核磁共振设备发射动能蛋。
% t6 t3 v9 \* c偶是在东野圭吾一小说改编的电影里看到的。
作者: 小书童 时间: 2014-1-25 09:43

MacArthur 发表于 2012-10-9 02:41 8 M& m$ E8 J! ^" T/ c1 r
如果能挂到近地轨道上，就没必要用电磁发射了 -- 直接丢下去，光是势能转化动能也够喝一壶 -- 实际上这就 ...
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如果悬浮在空中，那么还是需要初始推力的啊，同时降低对方的反应时间，防止被攻击，然后，如果有一定动力的话，变轨精度可以降低很多，有个攻击覆盖面了。
作者: seek 时间: 2014-1-26 10:30

seek 发表于 2014-1-24 11:18 4 R0 C% n8 \8 t2 B
还剩
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   二、带故障运行5 k9 ?4 H1 L5 k4 @$ E0 M$ f2 _! \, |5 U
   前面提到了由于各种各样的原因，包括教育、实体经济环境，设计者水平经验，国家科研经费投放方向等，我们得到的设备必然有这样那样的问题导致各种故障，这是正常的，也不必大惊小怪，当然这些问题都是小问题，只要继续烧钱，总有一天能完全解决的。不过我们先不等那一天了，先谈谈电磁炮的带故障运行。
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