电磁炮原理

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0. 电磁炮背景
1 s( m( f0 [9 R" j4 S1. 电磁场理论基础
# `2 ^, D0 S2 H" i* T1 t2. 电磁炮发展史
3. 电磁炮结构
* g" D) e! D4 x  A% L4. 电磁炮用途
1 o2 w+ v1 w' |( p2 U5. 电磁炮带故障运行与维修
6. 电磁炮辅助设备
( k' }! S- N" N- m& E. ^7 Z$ Z7. 电磁炮生产装备
8. 电磁炮耗能计算
0 J, N, A$ D) f6 o$ D! r. t; j9. 电磁炮工程经济学计算
10. 电磁炮工程实现
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0 f, r9 p7 y& D3 B声明
5 p" ~6 n9 K5 u9 q9 k1. 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。
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。
3. 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。
8 f$ i& h* z3 b' i8 |4. 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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9 c# G& U3 E. d# Z$ L* g( e, y$ Y0 电磁炮背景
& D% W- ~2 q, p! u. @% y2 f+ }  {    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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" T# ]. i; m& g" Z5 M5 i3 k    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。
% v) p0 x( C$ n; e( a9 V, Q1 n    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。
3 K) {! v% F; G9 U# W: K' H    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。
    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。

    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：
& c7 Y/ E7 e% C6 h9 |$ k0 H     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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! r) I0 B" }4 a0 \9 Q5 W* M. g      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。
) E4 q% C8 @  n8 r& J% F4 t' ?5 V      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。
      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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9 B* F: f7 x9 a# N% \6 T    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？
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美国海军阿利-伯克级驱逐舰

- v8 t; O& z# I7 z+ ^% o! v9 D    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。
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    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．
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．
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9 Y; H2 J2 P* d9 }8 b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

1 m$ z: B$ K: n4 z, P+ C. f- a: y
; P5 w0 n7 m: Q6 `- F( h     电磁炮的优点：
2 x3 l% B' @# y+ ]* O（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．
) H& z) I1 y5 ~2 N（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
" p, z1 X8 \" J6 x4 g（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．
. K1 i) e. Z  f- J' i（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
（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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3 m% H7 {; d3 x; V     1 电磁炮理论基础

    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．
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+ J/ U# ]  ?) f/ S4 \+ S8 z一、电磁炮的结构和原理

0 X8 T3 C9 N3 M- ]    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：

（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。


（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．

（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．
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二、电磁炮的特点及用途
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5 {# r# I+ k8 q' K& |    电磁泡与常规火炮相比，有以下特点：

    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．

    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．

8 ?) Q* N- d2 c: j. G6 x) [8 |! N    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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# M5 R$ X# T3 l, z    电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途十分广泛．

（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．
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2 d* V8 r0 p# j（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．

) ?# f# a. X8 w（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．

) }% p6 K7 V) H0 v2 a（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．
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    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。
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    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。
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    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。

    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。
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    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。


    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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! y3 V4 R1 B) V9 x" a7 j$ {  A& {    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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2  电磁炮发展史

   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。
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   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？
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- w6 e/ f# [4 Z    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。
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' E$ n% U( W: W% c2 F! L$ x0 k    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。

    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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* Z. c, R% x& Z! |" H    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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+ R2 @0 a- d7 n% N/ m    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”。
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+ a2 R( M! e2 ]7 w+ i　　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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  d0 @+ y, Q+ g% {# E  o　　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。

+ V: @1 O& B- G0 q/ Y3 y: T    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。

" V& i! W* X9 u' ~! z　　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。
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4 `1 z# @; l" R    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。
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　　“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。

& `. H+ r8 t! E% z% v7 r( i& r　　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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7 O7 T9 b8 y# P" c$ R0 w　　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。
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) ]) O7 ~$ _$ h) }; w　　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%。

　　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。


0 }8 |/ i( K9 L9 c2008年美国海军进行的电磁轨道炮发射试验(资料图)




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: {6 X4 |  ^8 D4 h) l6 Y+ J& B! w+ P' c　　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。
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　　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。
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　　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。
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3 x' O. {1 }# w  F' j   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。

　　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。

　　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。

　　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。




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- ~! T6 a- O: A   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。

: E4 X4 D+ ?" \0 U/ k% M8 `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。

美军生产的电磁大炮
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5 R, y6 V7 S: J' i" p; Y1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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3 J$ i' Q5 p% q- G, W6 X# z

　　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。
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　　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。
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8 k: `0 y7 f  m: _# S+ |　　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。

　　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。

' I4 Q1 x, Z, M) u* a9 Y* ?    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。
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9 S, t, X8 M5 F-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
/ t: k* v+ W4 R6 T* a( t1 f3 电磁炮结构
1 L2 B. T; X8 c# N% v( ^
: ~- v* d0 h& p目前最成熟的轨道电磁炮的结构主要分为如下几大部分：
8 e7 N$ Y8 }1 |( q) x(1) 滑轨及后坐结构
# L4 ], J) P, F& \(2) 储能元件
(3) 固态开关
(4) 射击指挥仪
(5) 能量转换及管理系统
(6) 炮架、电缆等附件
! P3 J$ B4 z" O8 Q; E; V5 T
$ H1 F. O$ G9 M) \' \7 [下面逐一解释
' t) g) g1 ~" S5 x- m(1) 滑轨及后坐结构
0 V$ b; M8 ~. p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。
+ x2 T1 V: C% c. U! T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。
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2 P, K* H8 B6 ~(2) 储能元件
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。
" d* S9 a7 n0 o1 @3 e* [. A
(3) 固态开关
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。
- t, H7 }. L0 L  h& B( X. |
) A7 _' ~3 w/ m; X- u" T(4) 射击指挥仪
4 F3 S! I; u) X% {2 ]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。

(5) 能量转换及管理系统
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。
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。
' w3 V3 T6 b% Z) c6 K
7 ?3 m1 o/ Z" R4 K0 {  T(6) 炮架、电缆等附件
用于承载连接各组件。

综上所述，电磁炮的核心在于高压大功率电力电子装置。
" r+ Z. n, ^- u4 P
9 E+ P5 F4 l# E" D3 ]7 C--------------------------------------------------------
0 W# e) n) v2 {( `. K' _4. 电磁炮用途
. a7 g* x& V8 c' g# T. h, e& F
(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。
1 J( T) j  k$ q  O9 }
(2) 发射卫星和近地轨道飞行器。思路参考布朗大炮。
" ^; q: f7 S2 e1 A! u" N
: n4 [; E: q' W( |(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。

樱木花道

加油！半仙

心静天地宽

哇，这个很科幻啊，支持。

木蝴蝶

就一个图纸啊

就爱抬杠

等待中，还要等多久？

pothos

你这坑都挖透到美国

puber

顶上来。

潜水将军

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。

小学一年级

好东西。。。

小学一年级

小学一年级 发表于 2012-9-2 23:21
+ D$ B% y6 y9 @, N% o好东西。。。

( {* M% R5 W) Q& y( B
半仙帖子里有宝，有钱拿

包子饺子

很全面啊，赞。。。

晨枫

这个怎么贴到这里来了？应该转军事版啊。

库布其

晨枫 发表于 2012-9-17 07:51
这个怎么贴到这里来了？应该转军事版啊。

! }, U! r: ~1 ]( G! j更想知道这东西的难点是什么？我能想到的就一点：大电流。
! I. [% Q8 u. S5 m: H
. }( F% e3 I/ ^; \: `相关的内容有：
. l6 X  [' l9 o  T. ?& q- o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 S' |% m/ m9 y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。
: O4 b$ a; p  I5 v' W# n) q9 {, @- U
6 T* F/ t5 N5 B' q' ^5 E8 i5 l: J超导薄膜在这里怎么应用？

晨枫

库布其 发表于 2012-9-16 20:00
更想知道这东西的难点是什么？我能想到的就一点：大电流。

. @* e5 X6 {% C. m  B# Q7 i* R& f: ^相关的内容有：

可以采用磁悬浮的原理吗？

不爱吱声

好东西，有意思。
% R! ?: V; W! n1 {3 v
+ ?2 M, |7 o% ^5 C* W" Z期待继续。。。

# `2 G! B- n6 g1 n* b- F如果最后能给些参考文献就更好了。

jonathanyj

太深奥了, 俺是来被科普的.

苏苏苏

等待电磁炮战列舰的时代……

雨的节奏

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

包子

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。

东湖珞珈

前天放学后接儿子回家，路上就在谈这个RAILGUN