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“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编电磁炮的工作原理与应用（一）摘要：电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程。因而引起了世界各国们的关注。自20世纪80年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分。关键词：电磁场，电磁系统，加速器，洛仑兹力一、电磁炮的概念什么是电磁炮？电磁炮就是利用电磁力（洛仑兹力）沿导矶发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常采用可蓄存10-100兆焦耳能量的装理。目前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机，其中单极发电机是近期内最有前途的能源。加速器是把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置。二、电磁炮的工作原理电磁炮的原理非常简单，19世纪，英国科学家发现，位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。这就是着名的。正是根据这一定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机，它也是电磁炮的基本原理，或者说，电磁炮不过是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线的炮弹。那么如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，使它获得前进的动力呢一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道，中间放置，使电流可以通过三者建立回路。把这个装置放在磁场中，并给炮弹通电，炮弹就会加速向前飞出。这一切都是基于洛仑兹力的作用，下面就是关于洛仑兹力的介绍，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以在示波器上显示出电子束运动的径迹.实验表明，在没有外时，电子束是沿直线前进的.如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示的电子束运动的径迹就发生了弯曲.这表明，运动确实受到了磁场的，这个力通常叫做洛伦兹力，它为荷兰物理学家.洛伦兹首先提出，故得名。是洛伦兹力的宏观表现，故从安培力大小公式，可以反推得洛伦兹力公式。电磁炮原理示意图港的"*<O3具京安培力F=BI1.电流I=Qt代入上式F=B1.（Qt）=QvB（从宏观到微观）从微观到宏观F=BI1.=Bnqsv1.=NBqv即F（安培力）=Nf（f是洛伦兹力）三、电磁炮的特点（1）电磁推动力大，弹丸速度高。电磁发射的动力约为火炮发射力的10倍,所以用它发射的弹丸速度很高。一般火炮的射击速度约为千米/秒，步枪子弹的射击速度为1千米/秒。而电磁炮可将3克市的弹丸加速到IIr米/秒，将300克的弹丸加速到4米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/秒。速度对于天基反导弹系统来说尤为重要。因为栏载器速度越高，不仅拦截的效率高。而且可大大减少的数量。电磁炮结构(2)弹丸稳定性好。电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力，这种力量是非常均匀的，而电磁推力容易控制，所以弹丸稳定性好，这有利于提高命中精度。(3)隐蔽性好。电磁炮在发射时不产生火焰和烟雾，也不产生冲击波，所以作战中比较隐蔽，不易被敌人发现。而且，它采用低级燃料作能源，而不是常规火药。这有利于发射阵地的安全、(4)弹丸发射能量可调。可根据目标性质和射称大小可快速调节电磁力的大小，从而控制弹丸的发射能量。(5)比较经济。与常规武器比较，火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元，而电磁炮只需要美元。如果与其他太空武器相比，电磁炮就更经济了。四、电磁炮的应用电磁炮作为发展中的高技术兵器，其军事用途十分广泛.(一)用于天基反导系统：电磁炮由于初速度极高，可用于摧毁空间的低坑道和导弹，还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹.因此，在美国的“星球大战”计划中，电磁轨道炮成为一项主要研究的任务.(二)用于防空系统：美军认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹遂行防空任务.美国正在研制长米、发射速度为500发/分、射程达几十米的电磁炮，准备替代舰上的“火神一一方阵防空系统”.用它不仅能打击临空的各种E机，还能在远距离拦截空对舰导弹.英国也正在积极研制用于的防空电磁炮.（三）用于反装甲武器：美国的打靶试验证明，电磁炮是对付装甲的有效手段.发射质量为50克、速度为3kms的炮弹，可穿透厚的装甲.有关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿透模拟的T-72、T-80坦克的装甲厚度.由此可见，电磁炮具有很强的穿透能力，是非常优良的反装甲武器.（四）用于改装常规火炮：随着电磁发射技术的发展，在普通火炮的炮口加装电磁加速系统，可大大提高火炮的射程.美国利用这一技术，已将射程加大到150km.参考文献：1J百度百科电磁炮2J大学电磁学教材第二版赵凯华陈熙谋电磁原理部分浅析电磁炮优缺点、原理及其发展趋势（二）摘要：国无防不立。想要维护国家安全，保证和平的社会环境，科学技术是关键。只有真正重视并懂得合理运用技术、科学的国家，才能长久不衰，屹立于各民族之林。传统火炮自产生至今已有600多年的历史，其可发掘的潜力已卜分有限。越来越多的人意识到传统火炮的局限性，纷纷把眼光聚焦在“新类型”的大炮一一电磁炮上。其实电磁炮的构想早在100多年前就有，只是限于当时的条件，无法造出有实用价值的电磁炮罢了。历史的车轮在前进，科学在发展，很多曾经困扰过人们的问题被慢慢解决。电磁炮也因新技术的产生，在新的世纪里再次迸发出勃勃生机。本人通过查询资料，和同学分享、探讨等方式，搜集并整理相关材料。对电磁炮的优缺点，原理及其发展趋筠做如卜.简述。关键词：电磁炮的优缺点电磁炮的原理电磁炮的发展趋势一、电磁炮的优缺点在武器运用方面，相比于传统火炮，电磁炮有以下优点：1、能量成本低以电磁炮使用的发电燃料为柴油或汽油为例，其每兆焦能量需0.1美元左右，而常规化学炮的发射药产生每兆焦能量需10美元。相比之下，电磁炮很划算。2、炮弹速度快电磁炮发射的炮弹初速可达几十甚至上百千米每秒，远快于传统火炮的初速（传统火炮初速很少超过2米每秒）。由于速度快，炮弹S行时间变短，很大程度上提高了炮弹的命中率（尤其是对运动目标），也加强了炮弹的杀伤力。3、射程改变简单可控常规火炮为了改变火炮的射程，通常是改变发射药装药量，或改变火炮仰角，这些方法能改变的射程十分有限。电磁炮不同，它的原理机制就很好的解决了这个问题。4、装换效率高常规火炮的化学能与动能转换效率只有20%左右，而电磁炮的电能与动能转换效率最高可达50%o5、隐蔽性好电磁炮发射时产生的炮口火焰、噪音和后坐力都很小（几乎没有），不易被发现。炮兵阵地隐蔽性很好。6、载荷大电磁发射技术运用十分广泛，发射平台广。同时，电磁炮炮弹尺寸和重量小，其弹药基数很大。凡是都不可能I全卜关，电磁炮也有它的缺点：1、使用寿命问题尽管在实验室里，电磁炮发射的炮弹的极限速度和炮口动能在不断的刷新，然而很多情况下，高发射速度和炮口动能对轨道的损伤是致命的。超高速度摩擦引起的接触、烧蚀、高温高压，加大了对电磁炮轨道性能的要求。目前为止，还没有发现合适的轨道材料。2、开关问题电磁炮的脉冲功率电源需要在极短时间内（10宅秒）把存储的能量释放出来，以产生上兆安倍的电流。其中的一个关键部件就是大功率开关。这也是制约电磁炮发展的一个关键技术瓶颈。3、电源储能密度问题就目前而言，电磁炮的电源储能密度仍然较低，32兆焦的脉冲电源系统可能会占用非常大的空间。极大的限制了电磁炮的发展。4、能源转换效率问题电磁炮的能源转换效率理论上可以达到50%,然而目前并做不到这点。综上所述，电磁炮有利有弊。但要知道，科学在发展，我们眼前的问题可能在之后会被解决。:、电磁炮的原理按结构分，电磁炮分为三种：导轨炮，线圈炮和重接炮。下面将分别介绍它们的工作原理。1、导轨炮导轨炮主要由弹丸，开关，导轨，电枢，单机电机和原动机等组成。当电源开关接通时，电流由一条导轨流经电枢，再由另一条导轨反向流回，从而构成闭合回路。强大的电流（MA级）流经两并行导轨时，在导轨之间产生了强大的磁场。这个磁场与流经电枢的电流相互作用，产生洛伦兹力。该力推动电枢和电枢前面的弹丸沿导轨加速运动，从而使弹丸获得超高速。（简单导轨炮示意图）以下是导轨炮的内弹道模型:若不计各种阻力，则运动方程为：（"+力穿=FM式中帆d为电枢质量；7%为弹丸质量：匕为弹丸速度；FM为洛伦兹力。导轨炮从电路观点来看，本质上可等效为脉冲功率源和电阻，电感组成的发射电路，只是随着电枢，弹丸的运动，总电阻，电感线性增大，即K=&+RX1.r=1.0+1.E式中尺为导轨电阻梯度，1.，为导轨电感梯度；R。为初始负载电阻；1.。为初始负载电感。根据基尔霍夫定理，回路的电压方程为：石（卬）+叫+=o式中为脉冲功率源端电压，即炮后膛压；i为电流。对R1.截流回路，它所蕴含的磁场能量为则磁场力为ex2根据具体的脉冲功率源条件，可以解出导轨炮的理论最大速度,现讨论一特殊情况，即假定放电回路电流为恒流1,可以求出1.TV.=v.0+12（外+%）1.,rI2t2X=X0+V0/+4（九+叫）在=,°二°I的条件下，可以得到最大速度为注：在实际中，由于摩擦阻力，空气阻力等存在以及能量的损耗,实际速度要比'sm小30%以上。2、线圈炮线圈炮乂称同轴加速器，由特殊交流电机，原动机，驱动线圈和弹栽线圈所组成。发射时，依次给驱动线圈交流充电，在线圈周围形成的磁场使弹载线圈产生感应电流，使其在电磁力的推动卜运动。线圈炮的主要部件螺线管，它是线圈均匀的密绕在炮管上，螺线管上的匝数为n,炮管的内半径为r,螺线管内的长度为1,螺线管通入电流时，根据电磁学理论，螺线管沿轴的B-X图，在螺纹管中部均匀，端口附近磁场发散。（简单线圈炮示意图）图1B沿轴线分量3、重接炮重接炮包括板状弹丸型和柱状弹丸型两种。以板状为例。它是由一系列同轴矩形线圈和一个板状弹丸组成，线圈轴线与弹丸运动方向垂直。两线圈间隙较小，板状弹丸在其内运动，弹丸般采用非导磁的良导体实心板，期长，宽比线圈截面口径的长宽略大，各驱动可有自己的独立电源或共用一个电源，上，下线圈的缠绕和连接应保证磁通方向一致。工作过程如卜.图A,当弹丸尚未进入线圈间隙时，如图A（八）状态，线圈无电源，无磁场。当弹丸以某速度进入进入上下线圈间隙,并且刚好遮住线圈面积时，如图A(b)o此时线圈通电，产生磁场,如图A(c)。当板状弹丸的尾部与线圈左侧拉开一小段距离时，弹丸切割磁场，磁场力推动弹丸向前运动。当弹丸被线圈加速离开后，如图A(d),至此一级加速完毕，弹丸进入下一级并重复以上过程。HA(C)三A(d)接定探理1阳重接炮从本质上来看，是变化的磁场对弹丸感生涡流，而涡流与磁场相互作用产生电磁力来加速弹丸。三、电磁炮的发展趋势世界范围内研究电磁炮的浪潮一浪高过一浪，当前以美国、俄罗斯、法国、德国、澳大利亚等国家的研究较为前沿。目前，以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题，有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验。具体的研究方向有以下几个：1、采用高新技术、提高系统效率高新技术的发展为电磁炮的研制提供了条件,将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势。超导材料的也流密度和储能密度极高,储能效率达60%90%,将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等,不仅有利于电磁炮小型化、提高射速,而且可减小能量损失、大大提高系统效率。附注：采用多级、多层、多段（节）和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径。多模块结构可以减小导轨的能量损失,提高系统的能量转换效率至两倍左右。2、能源小型化体积和重量是电磁炮武器化和战术应用的主要障碍之一，而这两者主要由脉冲功率源及功率调节装置的能量密度和功率密度所决定。要减小体积、降低重量,必须实现能源小型化。因此,今后将进一步开发高能量密度和高功率密度材料，以研制小型轻侦脉冲功率源。新研制的盘式交流发电机经整流可直接向电磁炮供电。附注：采用先进的线圈炮技术以提高能量密度和功率密度,减小系统的体积和重量，也是重要的研究发展方向之一。3、研窕线圈加速技术虽然线圈加速方式在技术上不如导轨炮成熟,但线圈炮加速时弹丸与固定线圈间是非接触的，且不产生高温等离子体,所需的工作电流也比导轨炮小，因而系统的能量转换效率高、损失小。结语：尽管电磁炮目前仍处于研究阶段，但前景却相对乐观。随着对电磁炮研制的逐步完善，可望在20世纪末将出现实战型的电磁炮。预计在不久的将来，快如流星的电磁炮终将取代传统的火炮，在未来战场上发挥神威。参考文献1曹荣刚“电磁炮”：冲破极限兵器总141期2011.022禹俊、周庄奇、邓尚超对电磁炮技术的分析3电磁炮的基本原理及发展趋势1电磁理论在电磁炮中的应用521世纪的主力大炮一一电磁炮电磁炮的基本原理及发展趋势（三）随着材料科学的发展，曳合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用，以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力，对破甲技术提出更高的要求。为此，人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时，也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器，电磁炮就是其中一种。电磁炮的基本原理电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力（即洛伦兹力）作用的基本原理来加速弹丸的。根据加速方式，电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。图1导轨炮工作原理导轨炮导轨炮的工作原理如图1所示。主要由对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。当开关闭合时，向一条导轨输入强大的电流,经过电枢沿另一条导轨流回。载流电枢在导轨电流产生的磁场中受到洛伦兹力的作用而被加速,将弹丸射出。电枢弹丸所受的力可表示为F=1.'12/2,(1)其中F为洛伦兹力(N)、1.f为导轨电感梯度(Hm)、I为电流强度（八）。弹丸的加速度则为a=F/m=1.,12/2m,(2)式中a为加速度(m/s2)、m为电枢与弹丸的质量之和(kg)。由(2)式可见,导轨中的电流强度越大,弹丸的加速度就越大,帅丸的运动速度越快。导轨炮的导轨有单一、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮U截面可选用方形、圆形和椭圆形等。电枢主要有固态金属电枢、等离了体电枢和混合型电枢等种类。提供脉冲功率的电源主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机，以及计划研制的超导储能系统等。整个系统结构第杂，人工操作比较困难,通常由计算机控制。线圈炮线圈炮的工作原理如图3所示。主要由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。固定线圈相当于炮身,可动线圈相当于弹丸。当固定线圈接通电源时,所产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用，产生洛伦兹力，推动可动弹丸线圈加速射出。弹丸所受的力可表示为F=IfIpdM/dX,(3)其中F为洛伦兹力(N)、If为固定线圈中的电流强度（八）、IP为弹丸线圈中的电流强度（八）、M为固定与可动线圈的互感（三）、dM/dx为互感梯度(感m)。由式可知，固定线圈中的电流强度越大,弹丸线圈中的感应电流强度就越大,弹丸所受的电磁力就越大。线圈炮的结构有同轴式、扁平式、滑动接触式和磁性加速体式等。电磁炮从原理上讲主要有上述两种类型，但在结构上可以采用混合方式。图3线圈炮工作原理电磁炮的主要特点超高速、大动能采用物理学电磁推进原理的电磁炮，弹丸速度突破了普通火炮(弹丸速度在2000ms以内)的性能极限，达到4000ms,因而弹丸具有巨大动能，大大增强了对目标的毁伤能力。穿甲能力强、命中精度高穿甲公式为b=V1143m0175K1143d1.107,(4)其中b为穿甲厚度(dm)、V为炮弹看靶速度(ms)、m为炮弹质量(kg)、K为装甲抗弹系数、d为弹丸直径(dm)。可见,弹丸速度增大将大幅度提高穿甲能力。另一方.面,弹丸速度高可缩短交战时间,增加对付快速目标的有效性,减小横向脱靶距离，从而提高命中率。操作安全简便、系统效费比高电磁炮弹丸的初速和射程可通过改变电流强度的大小来控制。在发射过程中，弹丸加速均匀，几乎没有火焰、烟雾、响声和后坐力，利于隐蔽作战。整个系统由计算机控制，操作简便、安全性好。电磁炮几乎全部发射重量都是有效载荷，其主要能源一般是采用低级燃料的燃气轮机或柴油机,发射能量转换率相对较高,使得单位能量成本较低,加上弹丸价格便宜，因而整个系统的效费比较高。鉴于电磁炮具有上述特点，在穿甲时，弹丸能在爆炸反应装甲爆炸将装甲击穿，并可穿透复合装甲，是一种极具发展潜力的新型穿甲武器。电磁炮的发展现状自上世纪80年代以来，电磁炮技术的研究取得了多方面进展,应用领域日趋广阔。美国于1982年研制成功实验级导轨炮，弹丸质量317g、初速4200mso1992年夏，美国研制成功世界上第一套完整的9MJ靶场导轨炮，并在陆军尤马试验场进行了发射试验,迈出了电磁炮走出实验室的第一步。该炮是一个连续发射系统，全重25t,能以2500-4000ms的初速齐射9发弹丸,炮口动能9MJ。2006年7月，英国BAE系统公司与美军方签约，为美国海军设计和制造32MJ实验室型发射装置，旨在为卜.一步发展64MJ战术型电磁轨道炮奠定基础。图4为计划制造的32兆焦实验室型发射装置的外形图，图中右边部分为身管截面图。与此同时,美国还进行了电磁炮发射超高速动能弹的研究。内容包括弹道陶瓷的处理,新型合金的研制与铝、贫铀的加工方法,开发轻质高强度金属陶瓷等。尽管电磁炮的研究取得了很大进展，已完成从基本原理到可行性的论证工作,但是要将电磁炮转化为实用的武器系统仍存在诸多那题,比如怎样减小电磁炮体积和重量、降低能耗、提高效率和解决炮管易损等。电磁炮的发展趋势目前，以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题,有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验。具体的研究方向有以下几个。能源小型化体枳和重量是电磁炮武器化和战术应用的主要障碍之而这两者主要由脉冲功率源及功率调节装置的能量密度和功率密度所决定。要减小体枳、降低重量,必须实现能源小型化。因此,今后将进一步开发高能量密度和高功率密度材料，以研制小型轻质脉冲功率源。新研制的盘式交流发电机经整流可直接向电磁炮供电;高能量密度电池已研制出面积为113cm2、功率密度达755kWkg的样品。采用先进的线圈炮技术以提高能量密度和功率密度，减小系统的体枳和重量，也是重要的研究发展方向之一。采用高新技术、提高系统效率高新技术的发展为电磁炮的研制提供r条件,将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势。超导材料的电流密度和储能密度极高,储能效率达60%>90%,将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等，不仅有利于电磁炮小型化、提高射速，而且可减小能量损失、大大提高系统效率。另外,采用多级、多层、多段（节）和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径。多模块结构可以减小导矶的能量损失,提高系统的能量转换效率至两倍左右。在加速方式上，目前正加紧研究线圈加速技术。虽然线圈加速方式在技术上不如导轨炮成熟,但线圈炮加速时弹丸与固定线圈间是非接触的，旦不产生高温等离子体,所需的工作电流也比导轨炮小,因而系统的能量转换效率高、损失小。电磁炮及其原理和应用（四）摘要：箍要回顾电磁炮的历史、原理及研究的现状。说明电和炮的基本结构和对未来战争等共同关心重要前沿领域的影响，到目前为止电磁炮的研发已取得重大进展，但无论是具体应用的实际问题，还是研究方向等方面都需要系统深入的研究。关犍词：轨道炮：电磁轨道：高功率脉冲电源技术；焦耳。1引言电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程.因而引起r世界各国军事家们的关注。挪威科学家伯克兰，他早在1901年就制成了第一个电磁线圈炮，把0.5公斤的炮弗加速到500米/秒。1903年，又把10公斤的物体加速到100米/秒。他的这一小步，在当时已经相当了不起，让人看到了电磁炮光明的未来，激起更多科学家和军事家的兴趣。只是后来，伯克兰意识到无法获得理想的动力一一强大的脉冲电源，不得不放弃了研究。上世纪80年代，美国提出了“星球大战”计划，其中电磁炮被指望用于摧毁对方的太空目标以及拦截弹道导弹。虽然随着“冷战”的结束，“星球大战'计划寿终正寝，然而电磁炮的研发计划和技术进展，却为日后美海军电磁炮的快速发展奠定了基础。2004年，英国海军成功进行了电磁炮发射试验；2008年的试验以2500米/秒的速度发射了重约3公斤的炮弹，根据计算炮弹可击中370公里外的目标，而传统军舰火炮射程只有几十公里。2电磁炮的原理及特点2.1 电磁炮的基本原理。电磁炮的原理非常简单，19世纪，英国科学家法拉第发现，位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。这就是著名的法拉第电磁感应定律。正是根据这一定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机，它也是电磁炮的基本原理，或者说，电磁炮不过是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速运动的炮弹。那么如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，使它获得前进的动力呢？一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道，中间放置炮弹，使电流可以通过三者建立回路（如图1所示）O它的工作原理是根据两个同轴载流线圈之间的相互作用力正比于通过两线圈的电流强度和互感梯度的乘积，即：F=KIM号“1.其中1.为互感系数，当两线圈电流同绕行方向时为引入，反向则为斥力。把这个装置放在磁场中，并给炮弹通电，炮弹就会加速向前飞出。在1980年，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮基本就是这样的结构。它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。如果是在真空中，这个速度还可提高到每秒810千米，这已经超过了第一宇宙速度，具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格。图1电磁炮原理示意图2.2 电磁炮的技术问题将上述理论上的可能变为实际，还需要解决以下几个问题：首先,实验电磁炮的加速度太大，人无法承受。这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间。然而这必须以采用更长的轨道为代价。由于人体只能承受大约3倍重力加速度的长时间加速，满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度（经计算，为达到第一宇宙速度，约需100o千米！）在技术上难以实现（如图2所示）.第二，如果把电磁炮水平安装在地面上，S出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速，难以顺利达到环绕地球凯道，为此，用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅。第三，目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大，这是加速能力不足造成的。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比，要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术，但超导磁体需要冷却到很低温度（如液氮温度，约-269°C）才能发挥作用，这对于军事应用是个问题，因为会大大降低发射装置的灵活性，但作为固定使用的航天发射装置，基本上可以不必考虑这些，而且如果高温超导强磁体能够研制成功，对低温条件的要求也可放宽。关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关，因为在磁场不够强的情况下，要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流。于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦。幸好这些麻烦对于航天发射不太重要，因为作为武器的电磁炮得严格限制长度，而作为发射工具，几千米甚至十几千米的炮身并不算问题，只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了。此外，延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低。经过计算，用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度，加速度是重力加速度的600倍，这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了，可人显然还是无法忍受，而长100O干米的加速轨道在地球上几乎无法建造，因此用电磁炮发射人的想法还是放弃算了。最后，有人觉得建造公里级长度，配备强磁场的加速轨道可能会有技术困难，但这只是不了解人类现有技术水平的臆测，实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米，甚至几十千米长的加速和聚能环。而且它们除了对环道施工的精度要求极高外，各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场。换句话说，在建造宇宙电磁炮的基本技术方面，人们早已充分掌握了，仅仅是所用领域不同而已。真正的困难倒是，从来没谁把超级加速器放在高寒山区，而且青藏高原的交通条件目前也不大好。至于电磁炮的发射成木，如果不考虑产生强磁场的低温液体费用，仅仅是电和不可回收的炮弗壳体而己，口常维护成本也大概和同长度的高速地铁相仿，最多开口处一小段需要要配备专职扫雪人员，要么加个活动盖子，也就都解决了。图2电磁炮结构简化图3电磁炮的发展2.1电磁炮与传统火炮相比的优点多年来，传统火炮一百在改进之中，但已没有多少潜力可挖掘，特别是两项重要指标一一炮弹初速和炮口动能已近极限。由于它使用固体火药，受火药燃气的膨胀速度限制，其炮弹初速度在理论上很难超过2米/秒。而随着新技术的发展，电磁炮轻而易举地将这一纪录改写：目前试验性电磁炮已可将弹丸加速到1010千米/秒一一这还远非电磁炮的真正实力。其实，美国国防科学委员会早在25年前就“警告”传统火炮：未来的高性能武器，必然以电能为基础。这个说法当然有原因。与传统火炮相比，电磁炮优势明显：炮弹速度非常高，可以把弹丸加速到几十下米每秒的超高速，而且射程可与导弹相媲美。这样就大大缩短了炮弹飞行时间，提高了对运动目标的命中精度和摧毁能力。能量成本低，常规化学炮的化学能转换效率大约只有20%左右，产生每兆焦耳能量需要10美元左右成本，而电磁炮只需要0.1美元左右，其电能与动能转换效率理论上最高可达50%o炮管可以设计成方形、椭圆形等，并可采取灵活的炮弹结构形式，而且不像传统火炮发射时炮口火焰、噪音及后坐力那么大，炮兵阵地隐蔽性更好。此外，电磁炮的炮弹尺寸和质量小，有利于增加弹药基数；电能也比火药更容易控制，使用更加安全可靠。这些足以令传统火炮相形见细。可以预测，电磁炮将终结“传统火炮时代”，赋予“战争之王”新面貌。人们更关注的不是电磁炮本身，而是随之而来的电能武器时代，这必将开启兵器历史的新纪元。3.2电磁炮发展所面临的瓶颈问题原理简单却不代表研制和使用简单，电磁炮的研制已有100多年历史了，经历了比其他新生事物更艰难曲折的发展历程。且不提启蒙者和其他先驱，第一个明确提出电磁炮概念，并坚持长期试验的是挪威科学家伯克兰，他早在1901年就制成了第一个电磁线圈炮，把0.5公斤的炮弹加速到500米/秒,1903年,又把10公斤的物体加速到100米/秒。他的这一小步，在当时已经相当了不起，让人看到了电磁炮光明的未来，激起更多科学家和军事家的兴趣。只是后来，伯克兰意识到无法获得理想的动力一一强大的脉冲电源，不得不放弃了研究。二战期间，德国和口本都曾积极研制电磁炮。特别是德国，迫切需要新式武器扭转战局。1945年，汉斯勒取得了炮弹初速1210米/秒的成果。战后，该电磁炮落在了美军手里。但能源供应问题和凯道材料问题仍不好解决，研究陷入困境。俄、日、法、德、以等国家都在投入人力、物力和财力进行研究。可是，仍有不少技术难点需要解决，有些还是制约其实战化的关键：一是如何能重宜使用。高发射速度和炮口动能对轨道的损伤是致命的，要求其轨道材料必须有足够的强度和刚度，必须能承受强大电流。二是高功率脉冲电源技术。高功率脉冲电源的主要功能是为发射装置提供能量，目前的主要技术瓶颈是小型化问题。三是开关问题。在极短时间内把存储的能量释放出来，一个关犍部件就是大功率开关。此外，还要考虑制导炮弹发射后，弹丸的稳定飞行、制导与控制的有效性等关键因素。总之，电磁炮已经100多岁了，但至今还未“长龙”。4中美两国电磁炮研发现状4.1美国1980年，美国西屋公司为“星球大战”计划建造了实验电磁炮,若将这座电磁炮放在太空，它能把质量为300克的炮弹加速到8-10千米/秒。面对这种近30倍音速的电磁炮弹打击，太空中所有的航天蕾，小到几十公斤的卫星，大到几百吨的空间站，都将被撞击成为太空碎片。2012年2月28日美国海军首门由企业制造的电磁轨道炮原型（如图3所示）已试射6次，炮弹时速高达8000公里，这意味着电磁炮可以实施精确远程火力支援，拦截弹道导弹，以及攻击敌方军舰等。现在其在正接受炮管寿命和其他项目测试，未来电磁炮将装备美国最新型福特级核动力航母。今后5年，研发课题为确保电磁炮连续发射和炮管冷却。美国海军希望电磁炮射速达到每分钟10发。另外，研发人员需要确保弹丸能承受发射时的高温和强大作用力，不至于解体。弹丸内的全球卫星定位系统及其他电子装置必须能正常工作。按照原计戈上全状态的电磁炮将会在2017年配备美国海军，它的服役将会大大提高美国海军的对地打击能力。图3美国海军首门由企业制造的电磁轨道炮原型4.2中国中国超高速电炮研究已达17年之久,获得突破时间在2001年底。2001年5月，北京有色金属研究总院2001年在京宣布，其承担的国家“九五”重点科研项目“大面积双面高温超导薄膜”通过国家评审验收。北京有色金属研究总院是中国唯一将大面积双而超导薄膜应用于器件的材料研究单位，具有稳定提供一定数量大面积优质双面薄膜的能力，实现了中国高温超导薄膜产业化生产。随即，这项技术被应用于电磁领域，使中国超高速电炮研究突飞猛进。今年8月，中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电炮进行了首次实验，25公斤的弹丸被发射到250公里以外的预定区域，实验获得圆满成功。目前，中国设计师正在对超高速电炮进行改进，主要是加大弹丸的发射重量，以达到发射50公斤级以上制导炮弹的水平。中国电磁炮研制方面与欧美西方国家在同一起跑线上，虽然限于技术和人才原因中国电磁炮研制会稍比慢几年，但在某些技术上将会比美国电磁炮更精进。4结论尽管电磁炮还有许多问题需要解决，但它具有把有效负荷发射到地球轨道或脱离地球轨道的潜力，至少可以代替化学燃料火箭的第一级，把第：，三级加速到2公里/秒，这样使发射总量减少70%,同时没有空气污染和对发射场的破坏。作飞机起飞装置缩短跑道，减少危险，噪声和污染。感应炮已被用来将滑翔机加速到时速达150英里的发射装置；可能促进生产新一代起飞距离短，无需太大发动机的飞机。电磁炮的战术用途更为明显的，它的初速度是常规火炮远远不及的，专家预计下个世纪新一代的武器系统将配备有电磁炮。参考文献1唐大志.计算机软件设计.南京大学出版社，20052杨平.算法研究的几个问题.计算机科学，2006,(4)3刘光灿，蔡辉.几种形式外资流入对外汇政策和货币政策的影响.金融研究，2007,(11)电磁炮的理论与实验研窕（五）随着科技进步和发展，电磁炮已经成为了军事、工业领域中不可缺少的技术应用。电磁炮通过利用电磁场的相互作用，将电能转化为高速的动能，以高速、高精度的方式打击目标，成为了现代武器装备中的重要武器之一。本文将探讨电磁炮的理论与实验研究，介绍电磁炮的工作原理、设计和实验进展，探究其应用前景以及存在的问题和挑战。一、电磁炮的工作原理电磁炮是利用电磁作用的原理将电能转化为动能，实现高速发射的技术装备。它由电源、电容器、线圈和炮管等组成。在电磁炮的工作过程中，首先将电池存储的电能经过放电线路，由线圈产生强大的磁场。当磁场作用于导电轨道时，会在导电轨道上产生电流，并在导电轨道和磁场之间产生强烈的相互作用力，使导体产生加速运动，最终将电能转化为动能，在极短的时间内发射出弹丸，达到高速、高精度的效果。二、电磁炮的设计和实验进展电磁炮的设计和实验需要考虑多种因素，如电源电压、电容器的容量和线圈的结构等。针对这些因素，国内外的专家们开展了广泛的理论研窕和实验验证，相继取得了很大的进展。美国的电磁炮装置被公认为是目前世界上最先进的电磁炮，设计原理以及其结构模型被广泛参考。俄罗斯在电磁炮的研究方面也做出了诸如90节线圈炮坐实全新的实验设施等创新性工作。国内目前也有不少研究机构投入了电磁炮的研究中，例如空军工程大学、哈尔滨工业大学等。研究人员通过设计实验设备、仿真计算等手段，不断深化电磁炮的理论和技术基础，取得了一系列有益的结果。其中，江苏利达电机集团投入研发的均流体电容脉冲电磁炮(PEC)是一种新型的电磁炮，它采用高能脉冲电容器作为也源，使用均流体电容器，可以将电池储存的电能释放到电容器上，从而提供更高的输出功率和能量，高达每秒600次射速。此外，激光电磁炮、超导电磁炮等新型的电磁炮研究也已经开始，不同的设计可应用于不同的行业领域，如军事、航天、轨道交通、环保等，具有广泛的应用前景。三、电磁炮存在的问题和挑战虽然电磁炮的应用前景卜分广阔，但是仍然存在着一些问题和挑战。首先，电磁炮的能效问题一直难以解决。由于射频信号的损耗以及磁场的透磁率等因素，电磁炮的能效往往较低，无法完全将电能转化为动能。其次，电磁炮技术的成本也十分昂贵，需要大量投入研窕和开发，这对于一些小型科研团队来说是一个较大的挑战。最后，电磁炮的高速运动过程也对其结构和材料的要求非常高，不同的用途需要具有不同的性能。四、结论电磁炮因其极高的射速和精度，在军事和学术领域中拥右淆极为广泛的应用前景。当前，电磁炮的研究正在越来越深入，新的设计方案和实验模型也日益多样化，未来有望在各个领域实现更加广泛的应用。但是，电磁炮的高度技术化和高品的成本成为其发展的限制因素,需要研究者加强合作和创新，才能更好地推动电磁炮技术的发展。