电磁炮简介课件.ppt
电磁炮的分类,1轨道炮2线圈炮3重接炮,轨道炮,简单轨道炮主要有两条平行的金属轨道、电枢、弹丸和大功率脉冲电源组成,理论依据当大功率脉冲电源向轨道、电枢回路供电时，假定回路中的电流方向i如图所示，根据平行导线的磁场分布可知，两轨道间的磁场方向B如图所示，作用在电枢上的力F的大小和方向可由安培定理F=iB 确定。如果假定电枢和弹丸的总质量和加速度分别为为m,a，轨道的自感梯度为L，则作用在电枢和弹丸上的力的大小,轨道一般是耐磨损、抗烧蚀的良导体；电枢是高导电率的金属、等离子体或金属与等离子体的混合体，电枢与轨道之间具有良好的电接触，使电源、轨道和电枢之间构成电气回路；大功率脉冲电源一般具有兆瓦级的脉冲功率。,简单轨道炮存在两大技术问题一是为了获得恒定的加速度，需要大量的储能和复杂的电源系统提供恒定的激励电流，在恒流激励下轨道中储存的剩余磁能无法得到利用，不仅降低了转换效率，而且会引起炮口电弧；二是通过加长轨道提高速度将使回路电阻增加，导致欧姆损失增加，效率下降。,炮口分流轨道炮,炮口分流轨道炮是在炮口的轨道上跨接一分流器(短路导体或阻抗元件)，使得电枢后面的磁场也发挥对弹丸的加速作用，起到增强磁场的目的。与串联增强型轨道炮相比，炮口分流轨道炮具有结构简单，欧姆损失小的特点。,超导悬浮电枢轨道炮,超导悬浮电枢轨道炮的电枢具有环路拓扑结构，能将电流引入电枢环路，并永久保持在其中，使之受到轨道的磁场的作用而悬浮，电枢与轨道间无机械接触，因此不存在电弧和轨道烧蚀问题，能将弹丸加速到超高速。,线圈炮工作原理,线圈炮也被称为“同轴加速器”或“形波加速器”，主要由沿导向板条轴向排列的若干驱动线圈、弹载线圈、弹丸和脉冲驱动电源组组成。弹载线圈绕在弹丸上，每个驱动线圈分别由各自的驱动电源依次供电。,线圈炮原理示意图当电源给驱动线圈施加脉冲电流时，驱动线圈中电流的突变，在弹载线圈中产生感应电流和磁场，两个线圈的磁场相互作用产生安培力，使线圈彼此有电磁力的相互作用。由于驱动线圈是固定的，因此弹载线圈便携带弹丸运动，运动方向则由两个线圈中的电流方向和两者之间的相对位置决定。,设驱动线圈脉冲电流为Ip，弹载线圈电流为 Id，两者之间的互感为 M，则两个线圈之间沿线圈轴线方向 x的作用力如果将驱动线圈和弹载线圈等效为两个电磁铁，那么两个线圈磁场的相互作用如图所示,当弹载线圈和弹丸位于驱动线圈左侧时，两者相吸，弹丸受到向右的吸引力而向右运动，在弹丸通过驱动线圈中心横截面以前，两个线圈之间的磁耦合增强，互感增加，弹丸所受到的向右的力随之增加，弹丸将作变加速运动，速度迅速增加；当弹丸通过驱动线圈中心横截面以后，由于两个线圈之间的磁耦合降低，互感的减少，弹丸受力的方向改变，弹丸受到向左的吸力作用而减速。由此可见，为了使弹丸始终受到加速力的作用，应当在弹丸通过驱动线圈中心横截面的瞬间切断驱动线圈的电源，弹丸以惯性继续运动在到达第二个驱动线圈左端面时，第二个驱动电源以同样的方式进行馈电，弹丸将被第二次加速，依次类推，弹丸在整个内弹道循环期间依次受到各驱动线圈的加速力的作用，直至飞出炮口，获得极高的初速,重接炮工作原理,目前主要有平板形状的弹丸在驱动线圈的间隙中被加速和圆柱型弹丸在轴对称的圆筒线圈内被加速两种形式的重接炮,两线圈同轴对称放置，中间有适当的间隙，弹丸是由抗磁性良导电体的实心平板物体。上下两个线圈串联，由同一个电源供电，两线圈的缠绕方向或串联连接时应保证磁力线方向相同且垂直于弹丸。平板式弹丸的面积应略大于线圈口面积。与轨道炮和线圈炮不同的是，重接炮在开始发射前，弹丸需要靠其他外力(机械力或其他电磁力)获得一定的速度进入驱动线圈的间隙,当平板弹丸以一定速度进入上下驱动线圈之间的间隙，且完全遮住线圈空心口时(图7a状态)，驱动电源向驱动线圈充电，使电流在弹丸与驱动线圈有最大磁耦合时达到最大值，然后切断电源，此时由于磁力线不能在短时间内渗入或穿过抗磁性弹丸，驱动线圈的磁力线被弹丸截断，迫使上下驱动线圈的磁通自成回路，电能以磁能的方式储存在上下驱动线圈中；弹丸继续运动，当弹丸的尾部与线圈口径左侧或右侧边缘错开一定距离时,被截断的磁力线重接，随着弹丸的运动，重接的磁力线有被“拉紧”变直的趋势，并在弹丸尾部产生涡流，于是涡流磁场与重接磁场的相互作用产生的电磁力推动弹丸向前加速运动，原来储存在上下线圈中的磁能转变为弹丸的动能；当弹丸离开线圈右侧边缘后(图7d)，重接炮完成了一级加速过程，弹丸进人下一级并重复上述过程,与常规火炮相比，电磁炮具有如下十大优点：(1)初速高、动能大。电磁炮作用在弹丸上的力，在数量级上比传统火炮大一个量级，且不存在声速的限制。可将质量不等的弹丸加速到每秒几千公里到每秒上万公里，极大地提高了弹丸的动能，能更有效地对付机动目标和进行天基反导。,(2)能源简单、安全。电磁炮一般使用低成本、安全的低级燃料(如低烃类燃料)，降低了能源成本，增加了发射的安全性。(3)隐蔽性好。由于电磁炮火焰、烟雾和后坐力都很小，有利于阵地隐蔽。(4)易于调整射程，电磁炮只需简单地控制激励电流的大小，即可方便地改变射程，以满足不同的射击要求。,(5)工作稳定，重复性好。电磁炮不存在常规火炮因点火过程和发射药燃烧过程的微量变化引起的弹丸速度的不稳定，每次发射均具有相似的重复性。(6)弹丸形状多样。由于不需要密闭火药气体，电磁炮的弹丸不受身管形状的限制，有的电磁炮甚至没有身管，因此可以根据需要采用各种形状的弹丸，特别是可以采用空气阻力小的弹丸，以增大弹丸的存速，提高弹丸动能。,(7)弹丸飞行稳定。由于弹丸受力不随弹丸行程变化，弹丸以匀加速运动，发射期间，弹丸具有良好的稳定性，减小了弹丸过载的可能，便于装配精确制导装置。(8)装填方便、快捷。由于电磁炮能够做成开放式后膛，无炮闩，因此能够简化装填机构，易于实现自动装填和连续发射，提高了武器系统的快速反应能力。,(9)效率高。常规火炮的效率一般小于30，分段轨道炮的效率为35，线圈炮的效率可达50，单级重接炮的效率为30 50，且电磁炮的转换效率与弹丸的初速无关。(10)弹丸质量可大可小。电磁炮既可发射小至毫克级的小弹丸，也能发射大至几百吨的大弹丸。,
