电磁炮详解：什么是电磁炮？它的结构是怎样的？它的原理是什么

电磁炮详解：什么是电磁炮？它的结构是怎样的？它的原理是什么

磁场的主要特征之一是对载流导体能产生作用力，称电磁力。载流导体在磁场中所受的作用力与导体中的电流、导体在磁场中的长度、磁感强度以及导体和磁场方向之间夹角的正弦值成正比。当导体与磁场方向垂直时，导体所受的力最大。当导体与磁场方向平行时，则导体不受力的作用。

电磁炮是电炮家族的重要成员。电磁炮是完全依靠电磁能发射弹丸的一类新型超高速发射装置，又称作电磁发射器。电磁炮正是基于这一基本的物理原理而提出并进行研制的，即电磁炮是利用运动电荷或载流导体在磁场中受到的电磁力(通常称它为洛仑兹力)去加速弹丸的。根据工作原理的不同，电磁炮又分为导轨炮和线圈炮两种。

导轨炮是由一对平行的导轨和夹在其间可移动的电枢（弹丸）以及开关和电源等组成。开关接通后，当一股很大的电流从一根导轨经炮弹底部的电枢流向另一根导轨时，在两根导轨之间形成强磁场，磁场与流经电枢的电流相互作用，产生强大的电磁力(洛仑兹力)，推动载流电枢（弹丸）从导轨之间发射出去，按目前的工程条件，理论上初速可达 6000m/s～8000m/s。

导轨炮的磁场强度和电流越大，电磁力也就越大。电路长度是由弹丸大小决定的，它的变化不会很大，主要影响的因素是电流和磁场。例如要将质量为1kg的弹丸加速到5000m/s，如果假定加速度不变，加速的时间是0.002 秒，那么需要2.5×106 N 的力。如在弹丸上的电流行程(即弹丸大小)为0.05m，磁场强度为 20T(它是通过超导线圈所能达到的最大值)，那么所必须的电流强度为2.5×106 A。弹丸能获得的动能为12.5×106 J，把贮能转换成动能的时间是几个毫秒，即上述的加速时间为0.002s，那么其功率为6.25×109 W。这里的计算，假定整个过程中没有损耗，效率为100％。实际上，能量损耗是很大的，这里只是为了提供一个所需能量的量级上的概念。

正在研究中的导轨炮可以有单一、串联、并联和多层等不同形式，并根据导轨的形式可选用方形、圆形或椭圆形等多种炮口切面。电枢的种类主要有：固态金属电枢、等离子体电枢和混合型电枢等。提供脉冲功率的能源，目前主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、补偿型脉冲发电机(即强制发电机)和爆炸发电机，以及以后将会使用的超导储能系统等。这些不同的脉冲功率能源各有利弊，目前尚难断言哪种更好。

线圈炮主要由感应耦合的固定线圈和可动线圈以及储能器、开关等组成。许多个同口径同轴固定线圈相当于炮身，可动线圈相当于弹丸（实际上是弹丸上嵌有线圈）。当向炮管的第一个线圈输送强电流时形成磁场，弹丸上的线圈感应产生电流，固定线圈产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用产生推力（洛伦兹力），推动可动弹丸线圈加速；当炮弹到达第二个线圈时，向第二个线圈供电，又推动炮弹前进，然后经第三个、第四个线圈……直至最后一个线圈，逐级把炮弹加速到很高的速度。加速弹丸的推力（洛伦兹力）正比于固定线圈中的电流强度和弹丸线圈中的电流强度及固定与可动线圈的互感梯度。

线圈炮的结构有同轴式、扁平式、滑动接触式、磁性加速体式等。另外还有由多级上、下长方形同轴线圈组成的重接炮。发射体在两方线圈间隙作加速运动。重接炮被认为是未来先进天基电磁炮的结构形式，但是，目前对它只做了一些初步的理论与试验研究。据说，当初之所以起名为重接炮，是因为每级线圈磁场要重接到电枢上。

电磁炮在原理上主要有导轨炮和线圈炮两种，但是在结构上采用多种混合方式。现代战场的威胁分析表明，新的武器系统必须增加射程和提高射击效果。可是近百年来袭用的火炮，由于受火药气体热参数的限制，其性能已接近于极限。而采用电磁推进原理的电磁炮完全可以突破常规火炮的性能极限，因此，近十多年来电磁炮技术的研究受到了格外的重视，并取得了举世瞩目的进展。