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作者 : Qoo

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文章主题 : 电磁炮--「战争之神」新宠儿

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电磁炮--「战争之神」新宠儿
  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。
电磁发射研究由来已久


  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。

  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。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。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。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"。

  到20世纪70年代,随著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。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。
电炮"兄弟"神通广大


  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。

  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。

  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著人们。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。

  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。
性能优异应用广泛


  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。

  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。比如用电磁发射器地对空定向发射大质量的有效载荷,其成本仅是化学火箭成本的千分之一;发射同样动能的弹丸,其成本仅是火炮的1%左右。此外,电磁发射器便于调节发射用的功率,只控制供电电流就可调节发射速度和射程。

  电磁发射器效率高,装填和加速射弹灵活、简便。其后膛多为敞开式,无需炮栓之类的封闭物件,因此装填弹体极为方便,易于实现装填自动化。常规化学发射器每次只能发射一枚射弹,而在多级电磁发射器中,一次可发射多枚射弹,即第一枚射弹尚未出膛,还可陆续加速另一枚或多枚射弹,连续射出。

  由于电磁发射器可将物体推进到高速或超高速,因此,它在动能武器、航天、交通等领域极为重要。就航天发射而言,以往使用的固体或液体的化学推进剂作能源,虽然也能将有效载荷推进到第一、第二乃至第三宇宙速度,但必须使用多级火箭和携带大量的燃料,且火箭推进剂是较高级的燃料,成本高,还不时出现爆炸危险。若使用电磁力发射某些航天器或航天飞机等,不仅能帮助航天器有效载荷达到超高速,而且上述弊病将得到有效克服,其重大意义不言而喻。

  电磁发射的另一个主要优点是,它发射的物体可大可小,可用同样的原理发射小到几克重的弹丸,也可发射大到几吨重的抛射体。而常规的化学火炮既不能发射克级重量的弹丸,也不能发射大于百公斤的炮弹,倘用火箭发射几十克或几公斤的有效载荷,无疑是杀鸡用牛刀。


发表时间 :2004/7/17  


 

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