電磁炮與電磁彈射

電磁炮與電磁彈射

■江蘇省金湖縣實驗中學 華慶富

電磁炮是利用電磁發射技術制成的一種先進動能殺傷武器。與傳統大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同,電磁炮利用電磁系統中磁場產生的洛倫茲力對金屬炮彈進行加速,使其達到打擊目標所需的動能。與傳統的火藥推動的大炮相比,電磁炮可大大提高彈丸的速度和射程。

電磁炮主要由能源、加速器、開關三部分組成。能源通常為可儲存10MJ～100MJ能量的裝置。當前可用于電磁炮的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置、單極發電機等,其中單極發電機是最有發展前途的能源。加速器是把電磁能量轉換成炮彈動能,使炮彈達到高速的裝置。當前可用于電磁炮的加速器主要有使用低壓直流單極發電機的軌道炮加速器和具有離散或連續線圈結構的同軸同步加速器兩大類。開關是接通能源和加速器的裝置,它能夠在幾毫秒的時間內把兆安級的電流引進加速器。

電磁炮被喻為未來“星球大戰”式的武器。電磁炮的炮彈能夠以七倍音速的速度飛行,能夠擊穿160km外的三堵混凝土墻或者7.6cm的厚鋼板。而即便是使用了增程彈的傳統的火炮射程也很難超過100km,顯然電磁炮將傳統的火炮打擊系統的射程提高了不少。美軍計劃在下一代海軍艦艇上裝備電磁炮打擊系統,且這種未來軍艦可以攜帶近百枚的電磁炮炮彈。另外,電磁炮炮彈的花費大約為1.5萬美元一發,而現在使用的常規制導武器的費用動輒數十萬美元至上百萬美元每發。

電磁炮并不是依靠戰斗部的裝藥來摧毀目標的,而是憑借巨大的動能進行打擊,獲得遠程擊穿的效果。在幾十年前,電磁炮還屬于科幻小說中的裝備,目前卻即將用于艦上測試了,我們是不是該再次感嘆科技發展的神速呢?

電磁彈射是利用電磁的能量來推動被彈射的物體向外運動的,其實質是電磁炮的一種形式。傳統的彈射有機械彈射(如彈簧、皮筋等)、能量彈射(如子彈、磁懸浮列車等)。

電磁彈射的主要應用范圍是大載荷量的短程加速,如在軍事應用中比較典型的是航空母艦上艦載飛機的起飛彈射。電磁彈射雖然起步較晚,但由于其潛在的應用前景,使得該項技術的研究備受重視。1988年美國海軍與卡曼航空航天公司曾計劃聯合研制航母艦載電磁彈射器模型,指標是在3s的加速時間內,把重達36t的全載F-14戰機加速到150節。據估計,這種電磁彈射器的重量只有現役的蒸汽彈射器的十分之一,而且省去許多管道,這對于艦船的安全運行和減重提速都具有十分重要的意義。英國國防部正著手準備一個開發與試驗計劃,研究在未來兩艘航母上加裝一種新型電磁彈射系統的可能性。與此同時,其他國家也對電磁彈射技術產生了濃厚的興趣。

2013年當地時間10月11日,全球第一艘裝備電磁彈射系統的美軍“福特號”航空母艦下水。

中國已完成電磁彈射技術的系統研究和相關試驗,只是由于某些原因,這種技術未運用在“遼寧艦”上。想必以后在中國新一代航母的起降技術上會運用這一先進科技。

與蒸汽彈射器相比電磁彈射器的優點主要是體積小,操縱人數也要少30%左右,構造相對簡單,彈射力度可控等。電磁彈射器的缺點是耗電量大,但對于全電力推動的航母和核動力航母來說這不是太大的問題。

現代武器中有一種新型電磁炮,它是利用電磁技術制成的一種先進武器,具有速度快、命中率高等特點,其工作原理是磁場對通電導體的作用。在如圖1所示的四幅圖像中與此工作原理相同的是( )。

圖1

解析:在明確通電導體在磁場中受力的作用這一工作原理主要應用于電動機的基礎上,對四幅圖像的工作原理進行分析,即可判斷。電熱水壺是利用電流的熱效應工作的,故A不符合題意。圖B中的實驗裝置含有電源,研究的是通電導體在磁場中的受力,故符合題意。圖C中的實驗裝置不含電源,研究的是電磁感應現象,故不符合題意。電磁繼電器的主要部件是電磁鐵,是利用電流的磁效應工作的,故D不符合題意。答案為B。

我國未來的航母將采用自行研制的電磁彈射器,電磁彈射器的彈射車與飛機前輪連接,并處于強磁場中,當彈射車內的導體通以強電流時,即可受到強大的推力,從而將飛機彈射出去。下列實驗中,與電磁彈射器的工作原理一致的是( )。

A.奧斯特實驗

B.研究通電導體在磁場中受力而運動的實驗

C.探究交流發電機工作原理的實驗

D.法拉第的電磁感應實驗

參考答案:B

(責任編輯 張 巧)