风雅的智慧——琴棋书画诗酒花

3. 靠电磁力发射高速弹丸的电磁炮

　　电磁炮是一种全新的武器装备。它不像过去的大炮那样， 靠火药爆炸时产生的巨大推力， 使炮弹从炮口飞出。电磁炮采用了电磁发射技术， 靠电磁力加速弹丸， 使弹丸以较高的速度射出。电磁炮可分为低压直流导轨炮、交流同轴线圈炮、重接炮和电热炮等四种。

　　低压直流导轨炮的工作原理与直流电动机相同， 可以认为这种电磁炮是一种特殊的直流电动机。低压直流导轨炮上有两根导电导轨， 弹丸放在两根导轨之间。将导电导轨与低压直流电源的正、负极相连， 强大的电流就会从一根导轨流入， 通过弹丸后从另一根导轨流出， 在空间形成磁场。图5 是电磁炮原理的示意图， mn 、qp 是两根导电导轨， ab 是弹丸。当mn 、qp 与电源接通时， 在空间产生的磁场如图5 所示。弹丸ab 在磁场中， 其上有电流通过。根据物理学的理论可知， 通电导线在磁场中受到磁场的作用力， 这个力叫作安培力。安培力的方向由左手定则判断。在图5 所示的情况下， 速度逐渐加大。

　　增大通过导轨上的电流， 电磁炮中的磁场将增强。增大通过弹丸的电流， 弹丸受到的安培力也将增大。总之， 给电磁炮通入很强的电流， 就可以使弹丸受到很大的推力， 而且加速均匀。

　　前苏联在60 年代就研制出了一种实验性电磁炮， 成功地发射了钨、钴、钡、铝等金属粒子弹丸， 速度达到25 千米/ 秒。美国在1981 年使用电磁导轨炮， 把317 克的弹丸， 加速到4. 2 千米/ 秒。现在已试制的电磁导轨炮， 炮筒粗0. 3米、长25 米， 能将3 克至300 克的聚碳酸脂塑料弹丸， 以4 ～11 千米/ 秒的速度从炮口射出。

　　电磁炮是对常规火炮进行的一场革命。使用电磁炮时，在炮膛内没有火药爆炸， 发射时没有声响、没有烟雾、没有炮口焰。电磁炮直接将弹丸射出， 不需要在炮弹内装填火药， 所以电磁炮的炮弹比普通火炮的炮弹小。使用电磁炮，

　　可以在弹丸射出前一直使弹丸加速， 只要增大电流、加长导轨， 就可以增加弹丸的射出炮口速度。电磁炮能以每秒几千米、几十千米的高速将弹丸射出， 所以电磁炮弹具有很强的穿甲能力。

　　现在， 美国、英国、西德、以色列、澳大利亚、俄罗斯等国， 都下了很大力量来研制低压直流导轨电磁炮， 重点是坦克电磁炮。预测在本世纪末可以研制出实战型电磁炮。

　　交流同轴线圈炮的结构比低压直流导轨炮复杂。这种电磁炮的炮膛内安装着若干个同轴驱动线圈， 在炮弹上也有一个线圈。发射时， 给驱动线圈依次通电， 炮膛内形成运动的电场。由法拉第电磁感应定律可知， 炮弹线圈上产生感生电流。感生电流受到磁场的作用， 使炮弹加速运动。这个工作原理与日常生产、生活中使用的交流感应电动机的工作原理相似。交流同轴线圈炮的优点是效率高， 大约可将输入能量的50 % 转换为炮弹运动的动能， 适合于发射质量较大的炮弹。另外， 炮弹线圈与驱动线圈之间有排斥力， 所以炮弹与炮膛不接触， 炮膛的磨损小， 炮弹运动时的阻力也小。

　　第三种电磁炮称为重接炮。重接炮的炮膛上、下分别安有矩形线圈， 线圈中间有一个间隙。长方形的“炮弹”则放在两个线圈的间隙中。发射时， 线圈通电产生强大的磁场。

　　炮弹受磁场作用力加速运动。重接炮能像交流同轴线圈炮那样发射质量较大的物体， 减小炮弹对炮膛的磨损， 也能像低压直流导轨炮那样高速发射炮弹， 而且加速度比较均匀。

　　第四种电磁炮称为电热炮。电热炮的工作原理与前三种有所区别。电热炮分为两种： 一种是普通电热炮， 另一种是燃烧扩张型等离子电热炮， 也叫CAP 电热炮。普通电热炮的炮弹内装有石蜡、油、水等电介质液体， 发射时给电介质液体通电， 液体蒸发产生大量离子， 这些离子向后方喷出， 推动炮弹向前加速。CAP 电热炮的炮弹内装有液体发射药， 利用电脉冲使液体发射药气化产生高压等离子体， 离子向后喷出产生向前的推力， 推动炮弹向前加速运动。美国从1984 年开始， 已经完成了一些不同口径的系列电热炮的研究工作。

　　随着大功率电源的出现和超导技术的发展， 电磁炮发射的速度越来越大， 电磁炮的体积越来越小， 越来越接近实战的需要。