電磁炮與電磁彈射

■江蘇省金湖縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 華慶富

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?電磁炮利用電磁系統(tǒng)中磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲力對(duì)金屬炮彈進(jìn)行加速,使其達(dá)到打擊目標(biāo)所需的動(dòng)能。與傳統(tǒng)的火藥推動(dòng)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(guān)三部分組成。能源通常為可儲(chǔ)存10MJ～100MJ能量的裝置。當(dāng)前可用于電磁炮的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置、單極發(fā)電機(jī)等,其中單極發(fā)電機(jī)是最有發(fā)展前途的能源。加速器是把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動(dòng)能,使炮彈達(dá)到高速的裝置。當(dāng)前可用于電磁炮的加速器主要有使用低壓直流單極發(fā)電機(jī)的軌道炮加速器和具有離散或連續(xù)線圈結(jié)構(gòu)的同軸同步加速器兩大類。開關(guān)是接通能源和加速器的裝置,它能夠在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)把兆安級(jí)的電流引進(jìn)加速器。

電磁炮被喻為未來(lái)“星球大戰(zhàn)”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(tǒng)的火炮射程也很難超過(guò)100km,顯然電磁炮將傳統(tǒng)的火炮打擊系統(tǒng)的射程提高了不少。美軍計(jì)劃在下一代海軍艦艇上裝備電磁炮打擊系統(tǒng),且這種未來(lái)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(fèi)大約為1.5萬(wàn)美元一發(fā),而現(xiàn)在使用的常規(guī)制導(dǎo)武器的費(fèi)用動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)美元至上百萬(wàn)美元每發(fā)。

電磁炮并不是依靠戰(zhàn)斗部的裝藥來(lái)摧毀目標(biāo)的,而是憑借巨大的動(dòng)能進(jìn)行打擊,獲得遠(yuǎn)程擊穿的效果。在幾十年前,電磁炮還屬于科幻小說(shuō)中的裝備,目前卻即將用于艦上測(cè)試了,我們是不是該再次感嘆科技發(fā)展的神速呢?

電磁彈射是利用電磁的能量來(lái)推動(dòng)被彈射的物體向外運(yùn)動(dòng)的,其實(shí)質(zhì)是電磁炮的一種形式。傳統(tǒng)的彈射有機(jī)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(yīng)用范圍是大載荷量的短程加速,如在軍事應(yīng)用中比較典型的是航空母艦上艦載飛機(jī)的起飛彈射。電磁彈射雖然起步較晚,但由于其潛在的應(yīng)用前景,使得該項(xiàng)技術(shù)的研究備受重視。1988年美國(guó)海軍與卡曼航空航天公司曾計(jì)劃聯(lián)合研制航母艦載電磁彈射器模型,指標(biāo)是在3s的加速時(shí)間內(nèi),把重達(dá)36t的全載F-14戰(zhàn)機(jī)加速到150節(jié)。據(jù)估計(jì),這種電磁彈射器的重量只有現(xiàn)役的蒸汽彈射器的十分之一,而且省去許多管道,這對(duì)于艦船的安全運(yùn)行和減重提速都具有十分重要的意義。英國(guó)國(guó)防部正著手準(zhǔn)備一個(gè)開發(fā)與試驗(yàn)計(jì)劃,研究在未來(lái)兩艘航母上加裝一種新型電磁彈射系統(tǒng)的可能性。與此同時(shí),其他國(guó)家也對(duì)電磁彈射技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

2013年當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月11日,全球第一艘裝備電磁彈射系統(tǒng)的美軍“福特號(hào)”航空母艦下水。

中國(guó)已完成電磁彈射技術(shù)的系統(tǒng)研究和相關(guān)試驗(yàn),只是由于某些原因,這種技術(shù)未運(yùn)用在“遼寧艦”上。想必以后在中國(guó)新一代航母的起降技術(shù)上會(huì)運(yùn)用這一先進(jìn)科技。

與蒸汽彈射器相比電磁彈射器的優(yōu)點(diǎn)主要是體積小,操縱人數(shù)也要少30%左右,構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,彈射力度可控等。電磁彈射器的缺點(diǎn)是耗電量大,但對(duì)于全電力推動(dòng)的航母和核動(dòng)力航母來(lái)說(shuō)這不是太大的問題。

現(xiàn)代武器中有一種新型電磁炮,它是利用電磁技術(shù)制成的一種先進(jìn)武器,具有速度快、命中率高等特點(diǎn),其工作原理是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)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(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的作用這一工作原理主要應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上,對(duì)四幅圖像的工作原理進(jìn)行分析,即可判斷。電熱水壺是利用電流的熱效應(yīng)工作的,故A不符合題意。圖B中的實(shí)驗(yàn)裝置含有電源,研究的是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力,故符合題意。圖C中的實(shí)驗(yàn)裝置不含電源,研究的是電磁感應(yīng)現(xiàn)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(yīng)工作的,故D不符合題意。答案為B。

我國(guó)未來(lái)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(jī)前輪連接,并處于強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)彈射車內(nèi)的導(dǎo)體通以強(qiáng)電流時(shí),即可受到強(qiáng)大的推力,從而將飛機(jī)彈射出去。下列實(shí)驗(yàn)中,與電磁彈射器的工作原理一致的是( )。

A.奧斯特實(shí)驗(yàn)

B.研究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)

C.探究交流發(fā)電機(jī)工作原理的實(shí)驗(yàn)

D.法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)

參考答案:B

(責(zé)任編輯 張 巧)