轨道电磁炮（精选）.docx

长期以来,人们使用的枪、炮以至火箭的发射,都借助于化学燃料的爆炸,因为气体膨胀速度的限制,炮弹实际所能达到的发射速度约为2公里/秒。由于泡筒承受压力所限,炮弹质量也不能超过100公斤,火箭不受气体膨胀速度的限制,只要不断喷射反应物质就能不断获得动量。虽可达高速度,但需相当长的加速时间,且火箭的发动机、燃料质量可以高达有效负荷的130倍,这严重影向了它的效率。
    电磁炮发射的只乎全是有效负荷,而从理论上说,其速度极限显然上光速,正因为这样,电磁炮才成为人们关注的对象。
    用电磁能量推进弹体的思想早在19世纪就提出来了,把电磁炮用于发射人造卫星,探索宇宙的想法也已有50年了,但由于缺之储存能量的适当手段而无法实现,近10年来,由于储能领域取得巨大成果,大大增进了电磁炮的研究,美国战略防御机构对反导弹技术的研究已集中到电磁炮装置上,认为它除能提供摧毁飞行中的导弹的方法之外,还提供通过高速碰撞引发核聚变,以低费用把有效负荷发射到空间去,以及合成新材料等等。电磁炮的研究实验方案有多种,下面着重介绍轨道炮和感应炮两种。
一. 轨道炮
    轨道炮是由两根平行钢轨和一个抛射体所组成(如图14-1),抛射体一般是一块滑块,它是两根轨道之间唯一的电的连接体。当电流从一根轨道流经抛射体,然后沿着另一根轨道流回时,由栽流直导线周围空间产场可知,两轨中的电流产生一个垂直于两轨平面的磁场,这磁场与通有电流的抛射
体的相互作用,根据安培力的方向(如图所示),抛射体便沿轨道被加速。
   为估计安培力的大小,可粗略的认为轨道是两条长直导线,截面半径为R,电流从无限远处沿一轨道流至抛射体处,经抛射体再沿另一轨道流向无限远处,则任一栽流道轨在抛射体上距道轨为r处的磁感应强度为
抛射体上长为dr一段所受的安培力为
故当电流通过两轨道时,抛射体所受到的安培力为
式中为真空中的磁导率, L为抛射体在两道轨之间的长度。要求获得极高的速度,就需要极大的加速力,也就要求有极大的电能供应。尽管上面的计算是从粗略的电流模型得出的结果。但有,说明只要电流足够大,就可以获得大的加速力。
    70年代初期,澳大利亚大学Narshall等人进行了一次大规模的试验,显示了电磁炮的潜力。这次实验用了原为高能物理实验而设计的一台大型单极发电机,它的飞轮可储存500兆焦耳的旋转动能,其输出脉动电流可达160万安培,为了提高输能速度,还设计了一个中间输能感应器或叫能量转送感应器,它是一个能在几秒内承载50万安培电流的大型铝质线圈(如图14-2),当电能在线圈中积聚之后,开关滑块在开关炮轨向前滑动,当到达主炮轨时,感应器中的能量释放出来,并把电流送入主炮轨中,由电流与磁场的相互作用,便把抛射体送出去。在实验中主炮轨为5米长,成攻地将一个3克的聚碳酸脂抛射体加速到每秒6公里的速度,*100000g(g为地球表面的重力加速度)。
    1982年他们又设计了一种新的轨道炮,用5米长的轨道把2克重的抛射体加速到11公里/秒。(已接近第二宇宙速度)。继澳大利亚大学的电磁炮实验之后,世界上已有很多研究机构进行了实验,这门技术尚处于发展的初期,面临的困难很大,如要发射实用的有效负荷到轨道上去,道轨要受到强大的磁场压力,使道轨受到机械损坏,表面还受等离子体的侵蚀等,这是道轨受到