“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编.docx

《“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《“电磁炮”原理和应用论文5篇汇编.docx（35页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、“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

2、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

3、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*90%,将其用于储能线圈、发电机、

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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-269C）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

10、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

11、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

12、，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

13、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，

14、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

15、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。

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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。