电磁炮概述
电磁炮原理科普
电磁炮原理科普 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】并不神秘的电磁炮笔者混迹科吧数月，阅贴不少，多有受教于众吧友。
常希望用自己所学回馈吧众。
幸亏寸有所长，总算写成此科普拙文。
笔者将使用不超过中学物理课本的知识对大家喜闻乐见的电磁炮的基本原理和技术做一介绍。
因能力所限，时间所限（笔者马上要出差了），只能浮光掠影、走马观花，不足和不正确之处，请各位指正。
电磁炮是科幻迷们喜闻乐见的未来武器。
也被各国军方所重视。
它具有很多优秀特性。
1.速度常规火药发射的炮弹受火药气体燃烧速度的限制，初速度很难超过2km 每秒（根据具体的使用需要从某些迫击炮的不到200米每秒到坦克炮发射大口径穿甲弹时的接近2km每秒），即使加大装药量也无济于事。
炮口动能则一般不超过10MJ。
而电磁炮没有这个限制，它由电流与磁场的相互作用力提供动力而非高温气体膨胀，理论发射速度可达光速。
考虑到空气的阻力，大气层内的实用初速也可以超过4km每秒。
这样的速度无疑带来了巨大的摧毁能力和更远的射程。
2. 电磁炮没有后坐力，更小的震动使得它更加精确。
基于更快的速度，它的弹道更加笔直，易于瞄准，大大提高了命中率。
3. 射击时没有爆炸的声音和火光，攻击更加隐蔽。
4. 因为炮弹没有发射药，更加轻便，可携带更多弹药，减轻后勤压力（不过这一点嘛，电源的重量可就另算了。
）。
5. 炮口初速度可以通过电流大小进行调整。
6. 电能比火药要便宜。
常见的电磁炮1.轨道炮结构和原理最简单的电磁炮，因而技术也越成熟，距离实用化越近。
此结构由两根平行导轨组成，带有电枢的炮弹在轨道上滑动。
当大电流（可达数百万安培或更多）通过一根导轨经电枢流向另一根导轨时，在导轨间形成强磁场。
电枢受洛伦兹力作用前进。
多级导轨炮串联可获得更高初速度。
单级的导轨电流毕竟有现实方面的限制，可以增加多级导轨，不管速度如何，只要这个电流还在，就能不断加速（火药炮就没这点好处）。
电磁炮简介
• (7)弹丸飞行稳定。由于弹丸受力不随弹丸 行程变化，弹丸以匀加速运动，发射期间， 弹丸具有良好的稳定性，减小了弹丸过载 的可能，便于装配精确制导装置。 • (8)装填方便、快捷。由于电磁炮能够做成 开放式后膛，无炮闩，因此能够简化装填 机构，易于实现自动装填和连续发射，提 高了武器系统的快速反应能力 。
• 与常规火炮相比，电磁炮具有如下十大优 点： • (1)初速高、动能大。电磁炮作用在弹丸上 的力，在数量级上比传统火炮大一个量级， 且不存在声速的限制。可将质量不等的弹 丸加速到每秒几千公里到每秒上万公里， 极大地提高了弹丸的动能，能更有效地对 付机动目标和进行天基反导。
• (2)能源简单、安全。电磁炮一般使用低成 本、安全的低级燃料(如低烃类燃料)，降低 了能源成本，增加了发射的安全性。 • (3)隐蔽性好。由于电磁炮火焰、烟雾和后 坐力都很小，有利于阵地隐蔽。 • (4)易于调整射程，电磁炮只需简单地控制 激励电流的大小，即可方便地改变射程， 以满足不同的射击要求。
线圈炮工作原理
• 线圈炮也被称为“同轴加速器”或“形波 加速器”，主要由沿导向板条轴向排列的 若干驱动线圈、弹载线圈、弹丸和脉冲驱 动电源组组成。弹载线圈绕在弹丸上，每 个驱动线圈分别由各自的驱动施加 脉冲电流时，驱动线圈中电流的突变，在 弹载线圈中产生感应电流和磁场，两个线 圈的磁场相互作用产生安培力，使线圈彼 此有电磁力的相互作用 。由于驱动线圈是 固定的，因此弹载线圈便携带弹丸运动， 运动方向则由两个线圈中的电流方向和两 者之间的相对位置决定。
• 设驱动线圈脉冲电流为Ip，弹载线圈电流为 Id，两者之间的互感为 M，则两个线圈之间 沿线圈轴线方向 x的作用力
• 如果将驱动线圈和弹载线圈等效为两个电 磁铁，那么两个线圈磁场的相互作用如图 所示
电磁炮原理
电磁炮原理
电磁炮是一种利用电磁力发射高速物体的武器系统。
其工作原理主要涉及电磁感应和电磁推动。
在电磁炮中，先制造一个电磁场，通常通过通过直流或脉冲电流流过一个线圈来实现。
当电流通过线圈时，会产生一个磁场。
接下来，将被发射的物体（通常是一个金属导体）放置在电磁场中。
当电磁脉冲通过线圈后，产生的磁场会穿过金属导体，导致金属导体内部的自由电子受到磁场力的影响。
这种力会使得自由电子在金属中移动，引起电子流。
根据洛伦兹力的原理，当电流通过金属导体时，自由电子会受到一个与电流方向、磁场强度和电流强度相关的力。
此时，金属导体会受到一个向上或向下的电磁推力。
利用这个原理，将金属导体设计成一种炮弹形状，并通过电磁推力将其发射出去。
当金属导体受到推力后，会以很高的速度射出，并击中目标。
需要注意的是，电磁炮在发射过程中会产生强大的电流和磁场，需要特殊的设计和控制来确保安全。
此外，电磁炮的性能受到多个因素的影响，包括电流强度、磁场强度、金属导体形状等。
总的来说，电磁炮利用电磁感应原理产生的磁场力，通过对金
属导体的推动来发射高速物体，实现了高效且准确的远程打击能力。
电磁炮发射炮原理
电磁炮发射炮原理
电磁炮是一种利用电磁力原理发射炮弹的武器系统。
其工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培力定律。
电磁炮主要由以下几个关键部件组成：电源系统、电容器、线圈和炮弹。
首先，电源系统提供高电压电源以充电电容器。
然后，电容器存储电能，并以极短的时间内将电能释放到线圈中。
线圈通常由多个线圈组成，形成一个磁场。
当电能释放到线圈中时，根据法拉第电磁感应定律，电流产生的磁场与线圈内的磁场相互作用。
根据安培力定律，电流在磁场中会受到一个垂直于电流和磁场方向的力。
这个力会作用在炮弹上，将其加速并推出炮管。
在发射瞬间，电磁炮瞬时释放大量电能，产生极高的电流。
由于瞬间功率密度很高，电磁炮在较短的时间内能够将炮弹加速到较高的速度。
与传统火药发射系统相比，电磁炮具有更高的发射速度、更远的射程和更精确的命中率。
但是，电磁炮也存在一些挑战和限制。
首先，电磁炮需要大量的电能供应，因此需要强大的电源系统。
其次，由于大量电能的瞬间释放，电磁炮对材料和结构的承受能力有较高要求。
此外，电磁炮的发射过程会产生较大的电磁辐射和噪音。
综上所述，电磁炮利用电磁力原理发射炮弹。
通过电能的快速释放，电磁炮能够加速炮弹并将其推出炮管，从而实现远距离
的高速射击。
然而，电磁炮发射系统的设计和实现仍然面临一些技术挑战。
电磁炮
电磁炮摘要：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。
本文进行了电磁炮的介绍，包括了介绍电磁炮的研制背景及在研究过程中所涉及的部分关键技术。
以及在未来的发展过程中电磁炮的系列产品和未来的发展方向。
在未来的武器发展计划中，电磁炮成为越来越重要的部分。
关键词：电磁炮关键技术典型产品发展方向1 概念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。
2 研制背景二战期间，德国和日本都曾积极研制电磁炮。
特别是德国，迫切需要新武器扭转战局，1945年，汉斯勒取得了1210米/秒得成果。
战后该电磁炮落在了美国人的手里。
但由于能源供应问题和轨道材料问题仍不好解决，研究陷入了困境。
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，星球大战计划寿终正寝，然而电磁炮的研究计划和技术发展却为日后电磁炮的快速发展奠定了基础。
3 关键技术电磁炮的关键技术主要有：电源技术、电磁发射器设计技术、材料技术、以及系统总体设计技术等.电源技术由于电磁炮发射时需要非常大的脉冲电功率(要求电源功率在吉瓦数量级，脉冲持续时间在毫秒数量级)，普通电源满足不了这一要求.因此，通常的作法是先将初级电源的功率传递给储能系统，将能量储存起来，后者在适当的时机以适当的方式将能量转换到脉冲形成网络中，以适应负载的要求.目前电磁炮原理试验样机使用的电源主要有：电容器组、电感储能系统、磁通压缩发生器、蓄电池组、脉冲磁流体发电装置、单极脉冲发电机和补偿型脉冲交流发电机等七种形式.每种电源都有其自身的特点和使用价值.从目前研究和试验情况来看，研究的重点是：高能量高储能密度的电容器组、单级发电机、补偿型交流发电机.这几种电源发展比较迅速，应用也日趋成熟.电源技术的难点在于缩小其体积.电磁发射器设计技术电磁发射器是电磁炮的核心部件.首先必须根据武器系统的使用要求，研究确定采用哪种发射原理和方式，能够满足性能的要求；其次要根据已确定的弹丸动能，推算所需电源的脉冲功率，来确定最佳的供电方式和采用的电源形式；再次，要研究用于试验的发射器结构形式，包括炮身、供弹系统以及能量储存转换方式；最后，要组成在实验室或试验场条件下，能够实现发射循环的原理样机或试验装置，进行发射试验，测试有关数据.并根据试验数据修改和完善原理样机，为全武器系统的设计提供必要的参数和依据.材料技术由于电磁炮发射时是在强脉冲电流的条件下加速弹丸的，其工作条件极为恶劣.因此，对其所用材料的要求就很高.目前对材料的研究主要是对轨道材料、绝缘材料、弹丸材料等的研究.轨道炮的导轨是在兆安级的电流下工作的，材料要经受瞬时极大的热流冲击，容易造成导轨的严重烧蚀，特别是弹丸底部的初始位置，烧蚀更为严重.因此，导轨材料首先要有好的抗烧蚀性能，同时还应具有良好的导电性能和高的倔服强度，滑动摩擦系数要小，并且在高温下能保持较强的硬度.目前多使用性能良好的无氧铜，或钢与钨、锆、钍、镍、铬等的合金.与导轨、电枢接触的绝缘材料应具有较强的抗电弧烧蚀性能.用于线圈炮的绝缘材料必须耐高温和高压，而且要有较高的机械强度.试验已经发现了一些性能比较好的材料，如二氧化硅、三氧化二铝等.目前电磁炮的弹丸材料多为塑料或轻金属.其外弹道特性还未及考虑.弹丸材料必须能够承受膛内加速时所产生的比传统火炮高得多的加速度(约为重力加速度的几十万倍).再加上与装甲目标的高速碰撞，其硬度是至关重要的.而且一旦弹丸速度达到3 km/s以上，它在空气中高速飞行时产生的摩擦热，也足以将普通材料的弹丸熔化掉.所以，弹丸材料不仅硬度要高，还要耐烧蚀.系统总体技术十几年来，电磁炮的研究，主要围绕如何提高弹丸速度这一核心问题，开展了许多相关单项技术的研究，并取得了长足的发展.单项技术发展到一定程度时，系统总体技术就成为武器系统研制的一项十分重要的关键技术.而且必须先行一步，必须从系统的总体部置和各组成部分的功能，以及选择的技术途径和实施方案等全局出发，为各分系统和零部件的研究发展提出量化指标及相应的约束条件，以求得系统总体综合性能的优化.以上所述关键技术是基于对目前发展现状的分析而得到的.随着科学技术的发展和电磁炮的日趋成熟，关键技术的研究领域也可能发生转移。
电磁炮
电磁炮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。
2010年12月，美国海军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(200公里)。
电磁炮 - 介绍电磁炮利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨发射炮弹的武器。
它主要由能源、加速器、开关三部分组成。
能源通常采用可蓄存10～100兆焦耳能量的装置。
目前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机，其中单极发电机是近期内最有前途的能源。
加速器是把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置。
主要有：使用低压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。
开关是接通能源和加速器的装置，能在几毫秒之内把兆安级电流引进加速器中，其中的一种是由两根铜轨和一个可在其中滑动的滑块组成。
早在19世纪，科学家已发现在磁场中的电荷和电流会受到洛仑兹力的作用。
20世纪初，有人提出利用洛仑兹力发射炮弹的设想。
在两次世界大战中，法国、德国和日本都曾研究过电磁炮。
第二次世界大战以后，其他国家也进行过这方面的研究。
自70年代初以来，与电磁发射有关的技术取得了重大进展。
澳大利亚国立大学建造了第一台电磁发射装置，将 3克重的塑料块（炮弹）加速到6000米／秒的速度。
此后，澳、美科学家制造了不同类型的实验样机，并进行过多次发射实验。
用单极发电机供电的电磁炮，已能把318克重的炮弹加速到4200米／秒的速度。
磁通压缩型电磁炮已能将 2克重的炮弹加速到11000米／秒的速度。
电磁炮 - 原理基本原理电磁炮原理示意图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。
电磁炮原理科普
电磁炮原理科普电磁炮，又称为磁轨炮、高速磁流飞弹等，是一种利用电磁学原理实现弹丸加速发射的武器。
它的原理是利用电流变化产生的磁场，推动磁轨上的弹丸进行高速行驶，并以高速冲击目标物体的方式造成破坏。
电磁炮的核心是由数百个绕制在圆柱形铜导体上的微型线圈组成。
电流经过这些线圈时，会形成一种磁场，这个磁场可以将炮弹加速到数千米每秒的极高速度。
与传统的火炮相比，电磁炮的加速度更高，速度更快，射程更远，威力更大。
在使用电磁炮时，炮弹被放在一个导电轨道上，这个轨道被称为“磁轨”，它通常由某种导电合金（如铜，铝）制成，所以也叫做“磁轨导体”。
当电流通过磁轨导体时，会在上面产生一个强磁场，这个磁场会将电磁炮中的弹丸加速，使它在瞬间达到最高速度，然后激射出去。
电磁炮的发射需要较大的电能，通常使用电容器或电池组等能够存储大量电能的装置来供电。
发射时，这些电能会经过一系列的转换装置，如变压器、电感、电阻等，最终将电能传递到磁轨上的线圈中。
值得注意的是，由于加速度非常大，炮弹在从磁轨上发射出去的瞬间会产生极强的电磁辐射。
这种辐射可能会对周围的电子设备产生干扰，甚至造成一定的危害。
所以，在使用电磁炮时，需要采取一些措施来减少这种干扰。
例如，可以在发射装置周围增加一层防护屏蔽，或者使用特殊的电磁辐射抑制装置。
电磁炮的应用领域非常广泛，既可以作为军事武器使用，也可以在工业生产中应用。
在军事方面，电磁炮可以用于远程打击，对陆上和水下目标进行打击，比传统火炮具有更高的杀伤力和更远的射程，同时还可以加强军队的反导防御能力。
在工业生产中，电磁炮不仅可以用于交通运输方面，如加速高速列车、发射飞行器等，还可以用于材料加工、爆炸物拆除等方面。
总的来说，电磁炮具有强大的杀伤力、远程打击能力和高效的能量转换效率，是一种具有广泛应用前景的新型武器和产业技术。
同时，它也面临着技术瓶颈、成本高昂、电磁辐射等一系列问题的挑战，需要在未来的发展中加以解决和完善。
电磁炮的原理应用领域
电磁炮的原理应用领域1. 电磁炮简介电磁炮是一种利用电磁力产生高速运动的物体的装置。
它的原理是利用电流通过导线产生的磁场与磁体相互作用，从而产生一个大的推动力。
电磁炮广泛应用于军事、科研以及工业领域。
2. 军事领域电磁炮在军事领域有着重要的应用。
以下是电磁炮在军事领域的应用领域：•火炮替代：电磁炮可替代传统的火炮，具有更高的射速和精度。
它可以射击超远距离目标，并且可以迅速连续射击，提高火力输出的效率。
•导弹发射器：电磁炮可以作为导弹的发射器，利用高速运动的物体进行发射，具有更高的速度和穿透力。
•舰船防御系统：电磁炮可以用于舰船的防御系统，通过发射高速物体来摧毁敌方导弹、飞机等。
•空间作战：电磁炮可以在太空中应用，用于摧毁卫星、拦截导弹等。
3. 科研领域电磁炮在科研领域也有广泛的应用。
以下是电磁炮在科研领域的应用领域：•加速器：电磁炮可以作为加速器，利用高速运动的物体来加速其他粒子或物质，用于实验研究、粒子物理学等领域。
•能源储存：电磁炮可以作为能量储存装置，利用电磁力产生的能量来存储，并可以在需要时释放出来。
•材料测试：电磁炮可以用于材料测试，通过高速撞击物体来测试材料的强度、耐久性等性能。
4. 工业领域除了军事和科研领域，电磁炮在工业领域也有一定的应用。
以下是电磁炮在工业领域的应用领域：•金属成形：电磁炮可用于金属的塑性变形，通过高速撞击来改变金属物体的形状。
•物流系统：电磁炮可以用于物流系统，在工业生产中将物体快速、高效地运输到目标位置。
•工业装备驱动：电磁炮可以用于工业装备的驱动，如高速传送带、振动器等。
•航天飞行器：电磁炮可以用于航天飞行器的推进装置，提供高速的推力。
5. 结论电磁炮作为一种利用电磁力产生高速运动的装置，在军事、科研以及工业领域都有广泛的应用。
它在军事领域可以替代传统火炮、作为导弹发射器、舰船防御系统以及空间作战；在科研领域可以作为加速器、能源储存装置以及材料测试；在工业领域可以用于金属成形、物流系统、工业装备驱动以及航天飞行器。
电磁炮原理
电磁炮原理电磁炮，又称为磁轨炮，是一种利用电磁力发射物体的武器。
它的原理是利用电流在磁场中产生的力，将物体加速并发射出去。
电磁炮的工作原理可以简单地分为三个步骤，电流产生磁场、磁场加速物体、物体发射出去。
下面我们将详细介绍电磁炮的原理。
首先，电磁炮的核心部件是电磁线圈。
当电流通过线圈时，会在线圈周围产生磁场。
这个磁场的方向可以根据右手定则确定。
在电磁炮中，通常会有多个线圈依次通电，形成一个沿着炮管方向的磁场加速通道。
其次，当物体被放置在电磁炮的炮管内时，电流通过线圈时产生的磁场会对物体施加一个向前的推力。
这个推力会加速物体的运动，使其在炮管内不断加速。
最后，当物体加速到一定速度时，会被迫离开炮管并被发射出去。
这个过程类似于弹射器将物体抛出，只不过电磁炮利用的是电磁力而不是弹簧力。
电磁炮的原理看似简单，但实际上涉及了许多物理学原理。
首先，根据洛伦兹力的原理，电流在磁场中会受到一个垂直于电流方向和磁场方向的力。
这个力会使得线圈产生的磁场对物体施加一个向前的推力。
其次，根据牛顿第二定律，物体在受到外力作用下会产生加速度。
电磁炮利用这个原理对物体进行加速。
最后，根据动能定理，物体的动能等于其质量乘以速度的平方，电磁炮通过加速物体使其获得了足够的动能，从而能够被发射出去。
除了以上的物理原理，电磁炮的设计也需要考虑许多工程问题。
例如，线圈的设计需要考虑电流的大小、线圈的形状和材料等因素。
此外，电磁炮的发射速度也受到许多因素的影响，如电流的大小、磁场的强度、物体的质量等。
总的来说，电磁炮是一种利用电磁力发射物体的武器，其原理是利用电流在磁场中产生的力加速物体并将其发射出去。
电磁炮的原理涉及了许多物理学和工程学原理，是一种集成了多种学科知识的高科技武器。
电磁炮的工作原理以及应用
电磁炮的工作原理以及应用1. 电磁炮的工作原理电磁炮是一种利用电磁力发射物体的装置，其工作原理主要基于洛伦兹力和磁压力。
在电磁炮中，通过电流在导线中产生的磁场来加速炮弹，从而实现高速发射。
1.1 洛伦兹力洛伦兹力是指电荷在磁场中受到的力，它的大小和方向与电荷的速度和磁场的方向有关。
根据洛伦兹力的方向，我们可以利用磁场对电荷施加的力来改变电荷的运动状态。
1.2 磁压力磁压力是指磁场对磁介质施加的力，它的大小与磁介质在磁场中的位置和磁场的磁感应强度有关。
通过调节磁场的强度和磁介质的位置，可以控制磁压力的大小和方向。
2. 电磁炮的应用电磁炮在军事、科研和工业领域有着广泛的应用，它的高速发射和精确控制能力使得其在许多领域都有突出的表现。
2.1 军事应用电磁炮在军事领域被广泛应用于高速发射武器系统，其具有以下优势：•高速发射：相比传统火炮，电磁炮能够实现更高的发射速度，从而提高了武器的射程和穿透能力。
•精确控制：通过电流的控制，可以精确控制炮弹的发射速度和射程，从而提高了打击目标的精确度。
•隐蔽性强：与传统火炮相比，电磁炮不需要使用燃料，减少了火炮发射时产生的烟雾，对敌方的侦测更加困难。
2.2 科研应用电磁炮在科研领域也得到了广泛的应用，特别是在高速飞行物体的研究中。
•材料性能测试：通过电磁炮可以以高速发射材料样本，用于测试材料的抗冲击性能。
•高速碰撞实验：利用电磁炮可以实现高速发射物体以模拟在空间飞行中的碰撞过程，从而研究碰撞行为和结构响应。
•超高速成像：电磁炮可以用于加速高速摄像机的发射速度，从而实现对高速运动的精确观测和测量。
2.3 工业应用电磁炮在工业领域也有一些应用，尤其是在惯性研磨、材料塑性加工等方面。
•惯性研磨：通过电磁炮发射高速砂粒或金属实体，可以实现对工件表面的高速冲击，从而实现金属表面的研磨和抛光。
•材料塑性加工：通过电磁炮的高速冲击力，可以实现对金属材料的塑性加工，例如冲压、拉伸等。
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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1.8 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3.1×10-3 kg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.2.1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1～10 g的弹丸，能使其速度达到20 km/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.2.2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，于是产生沿炮身管运动的磁场，这个磁场与弹丸线圈中感应电流激励的磁场相互作用，产生连续的加速力，从而使弹丸加速运动.需要说明的是，加速线圈与弹丸线圈之间的相互作用，相当于两个磁体间的相互作用，既可以相斥也可以相吸，可使弹丸加速也可使弹丸减速.因此，必须保证使加速线圈产生的磁场与弹丸线圈的运动位置精确同步.同轴线圈炮与电磁轨道炮相比有三个优点.一是加速力大，它的加速力峰值是电磁轨道炮的100倍.第二个优点是，由于同轴线圈炮中弹丸不与炮膛直接接触，是靠磁悬浮力运动的，因而炮管与弹丸之间无摩擦.而且加速力施加于整个弹丸之上，从而使能量利用率较高，一般可达50%.第三个优点是需要的电流较小，不存在兆安级的脉冲电流，可使开关装置简化.一般来说，同轴线圈炮适用于与轨道炮相比发射初速度较低，口径与质量较大的弹丸，如加榴炮弹丸.也可用来发射鱼雷、导弹或弹射飞行器等.2.3重接炮的工作原理重接炮是电磁炮的一种新形式.目前只有美国对单级重接炮进行了一些理论研究.单级重接炮由上下两个长方形同轴线圈组成，其间有一间隙.发射体为一长方体，可穿过两线圈的间隙作加速运动.重接炮综合了线圈炮能发射大质量弹丸、以及轨道炮能发射超高速弹丸的优点，还可赋予弹丸更高的加速力峰值，且使平均加速力与峰值加速力之间相差不大，从而使弹丸获得均匀的加速度.重接炮被认为是未来天基超高速电磁炮的结构形式.由于其理论和实践上还不够成熟，所以本文不再对它的工作原理进行更为详尽的叙述.3电磁炮的关键技术分析电磁炮的关键技术主要有：电源技术、电磁发射器设计技术、材料技术、以及系统总体设计技术等.3.1电源技术由于电磁炮发射时需要非常大的脉冲电功率(要求电源功率在吉瓦数量级，脉冲持续时间在毫秒数量级)，普通电源满足不了这一要求.因此，通常的作法是先将初级电源的功率传递给储能系统，将能量储存起来，后者在适当的时机以适当的方式将能量转换到脉冲形成网络中，以适应负载的要求.目前电磁炮原理试验样机使用的电源主要有：电容器组、电感储能系统、磁通压缩发生器、蓄电池组、脉冲磁流体发电装置、单极脉冲发电机和补偿型脉冲交流发电机等七种形式.每种电源都有其自身的特点和使用价值.从目前研究和试验情况来看，研究的重点是：高能量高储能密度的电容器组、单级发电机、补偿型交流发电机.这几种电源发展比较迅速，应用也日趋成熟.电源技术的难点在于缩小其体积.3.2电磁发射器设计技术电磁发射器是电磁炮的核心部件.首先必须根据武器系统的使用要求，研究确定采用哪种发射原理和方式，能够满足性能的要求；其次要根据已确定的弹丸动能，推算所需电源的脉冲功率，来确定最佳的供电方式和采用的电源形式；再次，要研究用于试验的发射器结构形式，包括炮身、供弹系统以及能量储存转换方式；最后，要组成在实验室或试验场条件下，能够实现发射循环的原理样机或试验装置，进行发射试验，测试有关数据.并根据试验数据修改和完善原理样机，为全武器系统的设计提供必要的参数和依据.3.3材料技术由于电磁炮发射时是在强脉冲电流的条件下加速弹丸的，其工作条件极为恶劣.因此，对其所用材料的要求就很高.目前对材料的研究主要是对轨道材料、绝缘材料、弹丸材料等的研究.轨道炮的导轨是在兆安级的电流下工作的，材料要经受瞬时极大的热流冲击，容易造成导轨的严重烧蚀，特别是弹丸底部的初始位置，烧蚀更为严重.因此，导轨材料首先要有好的抗烧蚀性能，同时还应具有良好的导电性能和高的倔服强度，滑动摩擦系数要小，并且在高温下能保持较强的硬度.目前多使用性能良好的无氧铜，或钢与钨、锆、钍、镍、铬等的合金.与导轨、电枢接触的绝缘材料应具有较强的抗电弧烧蚀性能.用于线圈炮的绝缘材料必须耐高温和高压，而且要有较高的机械强度.试验已经发现了一些性能比较好的材料，如二氧化硅、三氧化二铝等.目前电磁炮的弹丸材料多为塑料或轻金属.其外弹道特性还未及考虑.弹丸材料必须能够承受膛内加速时所产生的比传统火炮高得多的加速度(约为重力加速度的几十万倍).再加上与装甲目标的高速碰撞，其硬度是至关重要的.而且一旦弹丸速度达到3 km/s以上，它在空气中高速飞行时产生的摩擦热，也足以将普通材料的弹丸熔化掉.所以，弹丸材料不仅硬度要高，还要耐烧蚀.3.4系统总体技术十几年来，电磁炮的研究，主要围绕如何提高弹丸速度这一核心问题，开展了许多相关单项技术的研究，并取得了长足的发展.单项技术发展到一定程度时，系统总体技术就成为武器系统研制的一项十分重要的关键技术.而且必须先行一步，必须从系统的总体部置和各组成部分的功能，以及选择的技术途径和实施方案等全局出发，为各分系统和零部件的研究发展提出量化指标及相应的约束条件，以求得系统总体综合性能的优化.以上所述关键技术是基于对目前发展现状的分析而得到的.随着科学技术的发展和电磁炮的日趋成熟，关键技术的研究领域也可能发生转移.电磁炮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．一、电磁炮的结构和原理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．（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．（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．二、电磁炮的特点及用途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．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．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．（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．（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．（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．上图译文magnetic field=磁场driving current=驱动电流positive conducting rail=引导正轨道armature=电枢（就是机器部件外壳）projectile=发射弹头armature current=电枢电流armature magnetic field=电枢磁场negative conducting rail=引导负轨道轨道炮工作原理。