“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编.docx

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1、“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编电磁炮的工作原理与应用（一）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们的关注。自20世纪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。关键词：电磁场，电磁系统，加速器，洛仑兹力一、电磁炮的概念什么是电磁炮？电磁炮就是利用电磁力（洛仑兹力）沿导矶发射炮弹的武器。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理。目前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩

2、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。二、电磁炮的工作原理电磁炮的原理非常简单，19世纪，英国科学家发现，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。这就是着名的。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，使电流可以

3、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。这一切都是基于洛仑兹力的作用，下面就是关于洛仑兹力的介绍，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以在示波器上显示出电子束运动的径迹.实验表明，在没有外时，电子束是沿直线前进的.如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示的电子束运动的径迹就发生了弯曲.这表明，运动确实受到了磁场的，这个力通常叫做洛伦兹力，它为荷兰物理学家.洛伦兹首先提出，故得名。是洛伦兹力的宏观表现，故从安培力大小公式，可以反推得洛伦兹力公式。电磁炮原理示意图港的*O3具京安培力F=BI1.电流I=

4、Qt代入上式F=B1.（Qt）=QvB（从宏观到微观）从微观到宏观F=BI1.=Bnqsv1.=NBqv即F（安培力）=Nf（f是洛伦兹力）三、电磁炮的特点（1）电磁推动力大，弹丸速度高。电磁发射的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克市的弹丸加速到IIr米/秒，将300克的弹丸加速到4米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/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，不仅拦截的效率高。而且可大大减少的数量。电磁炮结构(2)弹丸稳定性好。电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电

5、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。(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。而且，它采用低级燃料作能源，而不是常规火药。这有利于发射阵地的安全、(4)弹丸发射能量可调。可根据目标性质和射称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，而电磁炮只需要美元。如果与其他太空武器相比，电磁炮就更经济了。四、电磁炮的应用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

6、于摧毁空间的低坑道和导弹，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.美国正在研制长米、发射速度为500发/分、射程达几十米的电磁炮，准备替代舰上的“火神一一方阵防空系统”.用它不仅能打击临空的各种E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，电磁炮是对付装甲的有效手段.发射质量为50克、速度为3kms的炮弹，可穿透厚的装甲.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

7、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，已将射程加大到150km.参考文献：1J百度百科电磁炮2J大学电磁学教材第二版赵凯华陈熙谋电磁原理部分浅析电磁炮优缺点、原理及其发展趋势（二）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，其可发掘的潜力已卜分有限。越来越多的人意识到传统火炮的局限性，纷纷把眼光聚

8、焦在“新类型”的大炮一一电磁炮上。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，原理及其发展趋筠做如卜.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0.1美元左右，而常规化学炮的发射药产生每兆焦能量需10美

9、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（传统火炮初速很少超过2米每秒）。由于速度快，炮弹S行时间变短，很大程度上提高了炮弹的命中率（尤其是对运动目标），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%o5、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（几乎没有），不易被发现。炮

10、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I全卜关，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（10宅秒）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

11、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。:、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（MA级）流经两并行导轨时，在导轨之间产生了强大的磁场。这个磁

12、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。（简单导轨炮示意图）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：（+力穿=FM式中帆d为电枢质量；7%为弹丸质量：匕为弹丸速度；FM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K=&+RX1.r=1.0+1.E式中尺为导轨电阻梯度，1.，为导轨电感梯度；R。为初始负载电阻；1.。为初始负载电感。根据基尔霍夫定理，回路的电压方程为：石（卬）+叫+=o式中为脉冲功率源端电压，即炮后膛压；i

13、为电流。对R1.截流回路，它所蕴含的磁场能量为则磁场力为ex2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1,可以求出1.TV.=v.0+12（外+%）1.,rI2t2X=X0+V0/+4（九+叫）在=,二I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sm小30%以上。2、线圈炮线圈炮乂称同轴加速器，由特殊交流电机，原动机，驱动线圈和弹栽线圈所组成。发射时，依次给驱动线圈交流充电，在线圈周围形成的磁场使弹载线圈产生感应电流，使其在电磁力的推动卜运动。线圈炮的主要部件螺线管，它是线圈均匀的

14、密绕在炮管上，螺线管上的匝数为n,炮管的内半径为r,螺线管内的长度为1,螺线管通入电流时，根据电磁学理论，螺线管沿轴的B-X图，在螺纹管中部均匀，端口附近磁场发散。（简单线圈炮示意图）图1B沿轴线分量3、重接炮重接炮包括板状弹丸型和柱状弹丸型两种。以板状为例。它是由一系列同轴矩形线圈和一个板状弹丸组成，线圈轴线与弹丸运动方向垂直。两线圈间隙较小，板状弹丸在其内运动，弹丸般采用非导磁的良导体实心板，期长，宽比线圈截面口径的长宽略大，各驱动可有自己的独立电源或共用一个电源，上，下线圈的缠绕和连接应保证磁通方向一致。工作过程如卜.图A,当弹丸尚未进入线圈间隙时，如图A（八）状态，线圈无电源，无磁场。

15、当弹丸以某速度进入进入上下线圈间隙,并且刚好遮住线圈面积时，如图A(b)o此时线圈通电，产生磁场,如图A(c)。当板状弹丸的尾部与线圈左侧拉开一小段距离时，弹丸切割磁场，磁场力推动弹丸向前运动。当弹丸被线圈加速离开后，如图A(d),至此一级加速完毕，弹丸进入下一级并重复以上过程。HA(C)三A(d)接定探理1阳重接炮从本质上来看，是变化的磁场对弹丸感生涡流，而涡流与磁场相互作用产生电磁力来加速弹丸。三、电磁炮的发展趋势世界范围内研究电磁炮的浪潮一浪高过一浪，当前以美国、俄罗斯、法国、德国、澳大利亚等国家的研究较为前沿。目前，以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题，有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验。具体的研究方向有以下几个：1、采用高新技术、提高系统效率高新技术的发展为电磁炮的研制提供了条件,将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势。超导材料的也流密度和储能密度极高,储能效率达60%90%,将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等,不仅有利于电磁炮小型化、提高射速,而且可减小能量损失、大大提高系统效率。附注：采用多级、多层、多段（节）和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径。多模块结构可以减小导轨的能量损失,提高系统的能量转换效率至两倍左右