電磁炮技術(shù)的應(yīng)用新領(lǐng)域
——射釘槍

2015-10-29 01:18:46楊洪達(dá)王廣東李麗麗哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院山東威海264300

中國科技縱橫 2015年11期

楊洪達(dá)　王廣東　李麗麗（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東威海　264300）

楊洪達(dá)王廣東李麗麗
（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東威海264300）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁炮是目前世界各國正在研究和發(fā)展的新概念的武器。具有及多的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展?jié)摿Γ莻鹘y(tǒng)的火炮無法比擬的。電磁炮目前主要分為：線圈炮、軌道炮、重接炮。但目前電磁發(fā)射技術(shù)主要用于軍事武器方面，特別是電磁炮的新的應(yīng)用領(lǐng)域——射釘槍。本文著重講述小型線圈炮的原理、組成、制作方法、新的應(yīng)用領(lǐng)域及可行性論證。

電磁發(fā)射電磁炮射釘槍

0　前言

線圈式電磁炮基本原理是利用高能的脈沖電流瞬間通過發(fā)射線圈，產(chǎn)生高密度磁感線瞬間磁化鐵磁性彈丸。將電能轉(zhuǎn)化為磁能再通過磁場作用轉(zhuǎn)化為彈丸的動能，從而達(dá)到預(yù)期目的。電磁發(fā)射技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：具有較大的發(fā)射動能、威力大、無噪聲、無煙霧，體積小質(zhì)量輕，方便攜帶。而線圈式電磁炮由于不足以滿足軍事需求，在軍事方面的研究慢慢變淡。但其在電磁射釘槍這一領(lǐng)域還是具有很大潛力的。目前投入市場的射釘槍主要有兩種形式：空氣壓縮驅(qū)動式式射釘槍和火藥驅(qū)動式射釘槍。壓縮氣體式射釘槍主要靠空氣壓縮機(jī)獲得高壓空氣，用空氣壓力將釘子射出。相比下其缺點(diǎn)在于應(yīng)用時(shí)需配備體積較大的笨重的空氣壓縮機(jī)，且壓縮機(jī)的購買成本比較高。而火藥式射釘槍主要靠子彈的火藥爆炸力主動釘子前進(jìn)，但其發(fā)射過程中會產(chǎn)生較大的聲響，會影響到施工人員與他人的健康甚至對耳朵造成失聰?shù)奈：Α６颐恳淮蔚陌l(fā)射成本比較高。而基于線圈式電磁炮原理的射釘槍恰好彌補(bǔ)了他們的缺點(diǎn)。

1　線圈式電磁炮的結(jié)構(gòu)和原理

原理圖（圖1）首先通過全橋整流電路將220v市電進(jìn)行整流，經(jīng)限流電阻后給儲能電容充電。充電完成關(guān)閉充電開關(guān)，打開發(fā)射開關(guān)。儲能電容的能量會瞬間釋放在發(fā)射線圈內(nèi)，并在發(fā)射線圈內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)磁場。利用強(qiáng)磁場就可以將鐵磁性炮彈瞬間磁化，從而利用一行磁極相吸引的原理將子彈吸引，子彈會獲得較大的動能發(fā)射出去，從而達(dá)到預(yù)期目的。

2　電磁炮的新的應(yīng)用領(lǐng)域——射釘槍

2.1線圈跑的發(fā)展史

圖1

線圈炮是最早出現(xiàn)的電磁炮，1845年就有人用其將一根金屬棒打出二十米遠(yuǎn)。1901年第一臺電磁炮正式誕生，并可以將一枚500g的彈丸加速到500m/s。自此以后人們開始研究，使其射速更快射程更遠(yuǎn)以用于軍事戰(zhàn)爭中，而后在軍事方面逐漸被軌道炮所取代。

2.2線圈炮的優(yōu)點(diǎn)及改造

雖然其不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的要求，但其存在諸多優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射的初速度極高、發(fā)射成本相對于其它發(fā)射方式要低很多、而且彈道相對垂直、受環(huán)境影響小、無后坐力、射程遠(yuǎn)、貫穿性強(qiáng)、對環(huán)境無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。針對其諸多優(yōu)點(diǎn)，我們完全可以將其應(yīng)用于新的領(lǐng)域：射釘槍發(fā)射系統(tǒng)。它的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全可以滿足民用射釘槍的發(fā)射需求，從而引起民用射釘槍產(chǎn)品的一次巨大變革。它的眾多優(yōu)點(diǎn)是火藥式射釘槍和壓縮器式射釘槍無法比擬的。

它會帶來射釘槍產(chǎn)品的一次巨大變革。首先該種射釘槍的可以做到體積小便于攜帶搬運(yùn)，而相同類型的壓縮空氣式射釘槍必須配備一臺體積較大的笨重的空氣壓縮機(jī)。這種射釘槍可以減少的運(yùn)輸成本，不必再搬著笨重的空氣壓縮機(jī)。相比于火藥式的射釘槍而言，這種電磁式射釘槍在使用過程中不會產(chǎn)生巨大的噪聲，而且這種射釘槍發(fā)射相同數(shù)目的子彈用時(shí)遠(yuǎn)小于火藥式射釘槍。而且電磁式射釘槍的發(fā)射槍筒的質(zhì)量可以做到300g左右，然而另外兩種發(fā)射器最輕也要1500g左右。這種射釘槍質(zhì)量較小可以減輕操作人員的疲勞度。綜上，電磁式射釘槍可以很大程度上的減小對工作人員健康的損害。

2.3所制作電磁射釘槍的相關(guān)參數(shù)

2.3.1發(fā)射時(shí)間

根據(jù)一階電路電容充電時(shí)間T的計(jì)算公式：t=RC

注：式中 T為電容達(dá)到穩(wěn)態(tài)的充電時(shí)間；R為電路中的限流電阻的值； C為電路中電容的值。所選限流電阻為1KΩ、電容為三支220uf電容并聯(lián)（并聯(lián)后等效電容值為660uf）那么根據(jù)上述公式電容的充電時(shí)間T=3*220*10^（-6）*1000=0.66s。這就意味著該種電磁射釘槍的最小發(fā)射時(shí)間間隔為0.66s，這完全可以滿足射釘槍的連續(xù)射擊的工作要求。

2.3.2射釘槍發(fā)射子彈的初速度的計(jì)算方法

射出子彈的初速度計(jì)算原理：已知物體所處高度為Hm，即可根據(jù)H=1/2*g*t^2算出落地時(shí)間t。然后測量出子彈飛行距離S。根據(jù)S=V*t計(jì)算出子彈的飛行速度。