随着材料科学的发展,复合装甲、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;主要由一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 = L′I2/ 2 , 1
其中F 为洛伦兹力N 、L′为导轨电感梯度 H/m 、I 为电流强度A ;弹丸的加速度则为
a = F/ m = L′I2/ 2 m , 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,3d走视图弹丸的加速度就越大,弹丸的运动速度越快;
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,炮口截面可选用方形、圆形和椭圆形等;电枢主要有固态金属电枢、等离子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;整个系统结构复杂,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 = If·Ip·d M/ d x , 3
其中F 为洛伦兹力N 、If 为固定线圈中的电流强度A 、Ip 为弹丸线圈中的电流强度A 、M 为固定与可动线圈的互感 H 、dM/ d x 为互感梯度 H/m ;由3 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2000m/ s 以内 的性能极限,达到4000m/ s ,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 = V 1143 m0175/ K1143 d1107 , 4
其中b 为穿甲厚度 dm 、V 为炮弹着靶速度 m/s 、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;