电磁炮的原理和结构解析

电磁炮是利用电磁力代替火药爆炸力来加速弹丸的电磁发射系统，它主要由电源、高速开关、加速装置和炮弹四部分组成。目前，国外所研制的电磁炮，根据结构和原理的不同，可分为以下几种类型：

1.感应炮

感应炮又称交流同轴线圈炮。它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成。感应炮根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的，加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流，感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生磁场力，使弹丸加速运动并发射出去。

感应炮由一排固定的驱动线圈组成。发射体在驱动线圈内滑动，发射体表面上也套有一个或多个弹射线圈（见图10-2），这些线圈通过与电源轨道相连接的电刷引入电流，也可通过电磁感应产生电流。

图10-2 感应炮

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：

式中，L为互感系数。当两线圈电流同绕行方向时为引力，反向则为斥力。为使抛射体加速，启动线圈的电流方向必须反复地转换，使抛射体受前面的驱动线圈牵引，而受后面驱动线圈推动。为此，驱动线圈的电流必须与抛射体的运动同步，即当抛射体接近和离开某一驱动线圈时，电流才通过该驱动线圈，因此需要一个开关系统来适时地控制。

由于感应炮耦合系数较高，故比轨道炮更为有效。据报道，美国电磁发射有限公司在感应炮的实验中，已获得的最大加速度达2亿g，相当于在2cm的距离上将一抛射体从静止状态加速到6km/s的速度。

2.轨道炮

轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去，它由两根平行钢轨和一个抛射体所组成（见图10-3）。抛射体一般是一块滑块，它是两根轨道之间唯一的电的连接体。当电流从一根轨道流经抛射体，然后沿着另一根轨道流回时，由载流直导线周围空间磁场可知，两轨中的电流产生一个垂直于两轨平面的磁场，这磁场与通有电流的抛射体的相互作用，根据安培力的方向（见图10-3），抛射体便沿轨道被加速。(www.xing528.com)

图10-3 轨道炮示意图

为估计安培力的大小，可粗略的认为轨道是两条长直导线，截面半径为R，电流从无限远处沿一轨道流至抛射体处，经抛射体再沿另一轨道流向无限远处，则任一载流道轨在抛射体上距轨道为r处的磁感应强度为

抛射体上长为dr一段所受的安培力为dF=BIdr，故当电流通过两轨道时，抛射体所受到的安培力为

式中 μ₀——真空中的磁导率；

L——抛射体在两道轨之间的长度。

要获得极高的速度，就需要极大的加速力，也就要求有极大的电能供应。尽管上面的计算是从粗略的电流模型得出的结果，但有F∝I²，说明只要电流足够大，就可以获得大的加速力。

3.电热炮

电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式。最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有连接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端。当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料（如聚乙烯）蒸发，蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速。