李治源， 羅又天， 邢彥昌

(軍械工程學(xué)院彈藥工程系， 河北 石家莊 050003)

當(dāng)前，裝甲防護(hù)技術(shù)隨著反坦克武器的發(fā)展和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的改變而面臨著以下突出問(wèn)題和矛盾：一方面，現(xiàn)代反坦克武器穿破甲能力有了極大提高，信息化彈藥和路邊炸彈也能從坦克的四面八方發(fā)起攻擊；另一方面，為適應(yīng)快速機(jī)動(dòng)和遠(yuǎn)程投送的需要，又要求下一代的裝甲車輛必須實(shí)現(xiàn)輕量化。因此，如何在大幅度降低坦克裝甲車輛重量的同時(shí)，保持并進(jìn)一步提高車輛的防護(hù)能力，以對(duì)抗日益增長(zhǎng)的反裝甲武器發(fā)展，將成為裝甲防護(hù)技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)。20世紀(jì)70年代提出的電磁裝甲防護(hù)技術(shù)將有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

電磁裝甲(Electromagnetic Armor)是利用電能干擾和破壞來(lái)襲射彈，來(lái)減輕和消除對(duì)主裝甲的破壞，從而提高裝甲車輛防護(hù)能力的一種新概念的附加裝甲。作為一項(xiàng)新概念的防護(hù)技術(shù)，電磁裝甲由于具有無(wú)可比擬的功率密度和響應(yīng)時(shí)間，有望為未來(lái)的坦克裝甲車輛提供輕型、全向的防護(hù)。但也由于其作用機(jī)理、試驗(yàn)技術(shù)和系統(tǒng)小型化等關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，目前仍處于理論研究與試驗(yàn)探索階段，成為各國(guó)裝甲防護(hù)研究的一項(xiàng)重要課題。

1 電磁裝甲結(jié)構(gòu)組成與作用過(guò)程

20世紀(jì)70年代，美國(guó)人Walker[1]最早提出使用電能降低爆炸成型裝藥的破甲深度的設(shè)想，利用脈沖大電流汽化、干擾和分散破甲彈的金屬射流，從而降低破甲彈的破甲深度。但限于當(dāng)時(shí)對(duì)自由表面金屬射流磁流體動(dòng)力學(xué)(magnetohydrodynamic, MHD)理論研究不足和相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)條件限制，電磁裝甲研究一直停留在概念研究階段。90年代后期，電磁裝甲防護(hù)技術(shù)的研究才進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。

電磁裝甲的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，在主裝甲前放置2塊薄的裝甲金屬板，兩板間用絕緣材料隔離，并分別與高儲(chǔ)能密度電容器組的正、負(fù)極相連接，就構(gòu)成了電磁裝甲模塊，當(dāng)電容器組充電后，由于兩板間相互絕緣，系統(tǒng)處于待發(fā)狀態(tài)。

圖1 電磁裝甲防護(hù)系統(tǒng)組成

當(dāng)反坦克彈藥擊中被動(dòng)電磁裝甲時(shí)，破甲彈的金屬射流或穿甲彈的彈芯首先將2塊薄金屬板擊穿，兩板間的絕緣被破壞，電容器組儲(chǔ)存的電能通過(guò)兩板和板間的射流或彈芯放電，此時(shí)產(chǎn)生的脈沖大電流將會(huì)干擾和破壞射流或彈芯，其干擾和破壞的機(jī)理目前認(rèn)為主要有歐姆加熱效應(yīng)、洛倫茲力效應(yīng)、磁流體動(dòng)力學(xué)作用下的扭曲效應(yīng)和箍縮效應(yīng)等。

與傳統(tǒng)的裝甲防護(hù)技術(shù)相比，電磁裝甲具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1) 重量輕。電磁裝甲的防護(hù)能力與裝甲板的厚度無(wú)關(guān)，在提供同樣防護(hù)能力的情況下，電磁裝甲重量只有軋制均質(zhì)鋼裝甲的30%，甚至更少，這就大大降低了坦克的重量，提高了其機(jī)動(dòng)性和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

2) 成本低。依靠電能而不是材料的特性提供防護(hù)，防護(hù)板制造成本低；全車共用一套高功率脈沖電源，在一定范圍內(nèi)電源重量不會(huì)隨著防護(hù)面積的增加而增加，其初始能源也由內(nèi)燃機(jī)提供，價(jià)格低廉。

3) 防護(hù)能力高。電能的響應(yīng)速度比化學(xué)能反應(yīng)速度高，在一定體積范圍內(nèi)通過(guò)電流的能量也大大高于化學(xué)能，因此電磁裝甲的功率密度比爆炸反應(yīng)裝甲要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，大大提高了防護(hù)能力。

4) 可重復(fù)防護(hù)。只要來(lái)襲射彈沒有造成電磁裝甲板的短路，只要對(duì)高功率脈沖電源再次充電，就可繼續(xù)抵御外來(lái)射彈的侵襲。

5) 安全性高。電磁裝甲系統(tǒng)中不含有炸藥和油料等易燃易爆品，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)的安全性能要更高一些。

6) 與未來(lái)的“全電戰(zhàn)車”相兼容。隨著兵器科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，裝配有電磁炮的全電戰(zhàn)斗車輛將是坦克裝甲車輛的重要發(fā)展方向。通過(guò)綜合能源管理系統(tǒng)將全電武器集中管理與分配，將大大提高脈沖功率電源的利用率，減小體積和重量，并可與信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫”鏈接，形成新一代的武器平臺(tái)。

但是，電磁裝甲也存在很大的局限性。一是能源需求大，為產(chǎn)生脈沖大電流，電磁裝甲必須由高儲(chǔ)能密度的脈沖電容器組構(gòu)成高功率脈沖電源來(lái)提供電能。雖然目前普遍認(rèn)為大于300 kA的電流就可以使破甲彈的穿深明顯減弱，但要防護(hù)現(xiàn)在普遍裝備的火箭彈和反坦克導(dǎo)彈，至少需要1 MA以上的電流，此時(shí)脈沖電容器的儲(chǔ)能至少要達(dá)到1～2 MJ。二是盡管有報(bào)道電磁裝甲可防御穿甲彈，但其作用機(jī)理和防護(hù)效果還不十分清楚。

2 電磁裝甲技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 電磁裝甲作用機(jī)理研究

2.1.1 電磁裝甲運(yùn)動(dòng)學(xué)理論模型

相對(duì)于穿甲彈物理模型，破甲彈金屬射流模型要復(fù)雜得多。一是速度高，不僅頭部速度高達(dá)8 km/s，杵體速度也達(dá)1～2 km/s[2]；二是在射流的徑向和軸向上都存在速度梯度；三是射流在爆轟波的作用下，呈現(xiàn)準(zhǔn)流體特性。與此同時(shí)，電磁裝甲板的間距有限，只有當(dāng)射流將2塊裝甲短路時(shí)，才能形成脈沖大電流，因此電磁裝甲的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是電磁裝甲機(jī)理研究的基礎(chǔ)。

2004年，德國(guó)人Wickert[3]首次利用作用時(shí)間窗方法分析了金屬射流與電流作用時(shí)間問(wèn)題，如圖2所示，圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示位移，將破甲彈炸高、電磁裝甲板間距、射流速度梯度等參數(shù)與脈沖電流波形相互作用時(shí)間表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)該模型可以直觀地看出電流對(duì)金屬射流的有效作用時(shí)間，即作用時(shí)間窗，從而可以計(jì)算出脈沖電流注入金屬射流的能量與位置。

圖2 電磁裝甲電流作用時(shí)間窗模型

Wickert提出的作用時(shí)間窗方法是針對(duì)其試驗(yàn)建立的，只適用于個(gè)例，不具有通用性。2008年，陳少輝[4]在作用時(shí)間窗模型基礎(chǔ)上，建立了通用的作用時(shí)間數(shù)學(xué)模型，并以電流對(duì)金屬射流微元的最長(zhǎng)作用時(shí)間為目標(biāo)，即可求出最優(yōu)裝甲板間距，該結(jié)果也通過(guò)電磁裝甲實(shí)彈試驗(yàn)得到證實(shí)。

2.1.2 電磁裝甲電路理論模型

電磁裝甲放電過(guò)程是一個(gè)R-L-C振蕩過(guò)程，為了獲得最快的上升電流和最大的峰值電壓，要求工作電壓要高，回路電感和回路電阻要小，而回路阻抗無(wú)法用集中參數(shù)來(lái)描述，必須建立基于分布參數(shù)的電磁裝甲電路模型。2010年，陳少輝等[5]分別建立了高功率脈沖電源、匯流器、電磁裝甲板和射流的電路參數(shù)模型，從而精確計(jì)算出脈沖電流上升時(shí)間和峰值。通過(guò)電磁裝甲實(shí)彈試驗(yàn)的實(shí)測(cè)電流波形驗(yàn)證了電路模型的正確性，如圖3所示，圖中紅色為仿真電流，藍(lán)色為實(shí)測(cè)電流。

圖3 金屬射流穿過(guò)電磁裝甲仿真圖

應(yīng)用該電路模型，2010年軍械工程學(xué)院設(shè)計(jì)了峰值電流上升沿為65 μs電磁裝甲試驗(yàn)系統(tǒng)，開展了實(shí)彈靜破甲試驗(yàn)并獲得了期望的脈沖電流波形。

2.1.3 基于電爆炸機(jī)理的歐姆熱效應(yīng)

電磁裝甲最早提出時(shí)的設(shè)想就是利用電能的加熱效應(yīng)來(lái)干擾和破壞破甲彈的金屬射流，在隨后的研究中，雖然實(shí)彈試驗(yàn)驗(yàn)證了脈沖電流可以有效減小破甲彈的穿深，但根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)電能歐姆熱效應(yīng)的研究水平，認(rèn)為注入的能量不足以影響射流的穿甲行為，因此在隨后的二三十年中主要用液態(tài)金屬的磁流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)來(lái)解釋電磁裝甲的作用機(jī)理。但是隨著對(duì)脈沖電流歐姆熱效應(yīng)的深入研究，特別是電爆炸理論的不斷完善，電磁裝甲作用過(guò)程中的歐姆熱效應(yīng)電爆炸機(jī)理又一次成為研究熱點(diǎn)。

Wickert通過(guò)理論與試驗(yàn)研究認(rèn)為：對(duì)于直徑2 mm的金屬射流，在65 μs以內(nèi)峰值電流達(dá)到300 kA時(shí)，脈沖電流對(duì)金屬射流的作用可以用一個(gè)電爆炸模型來(lái)較好地近似，其電路模型中的電阻抗參數(shù)在脈沖電流作用下的變化規(guī)?？梢杂秒姳▽?dǎo)體機(jī)理來(lái)解釋。

盧聘[6]利用電爆炸理論，建立了金屬射流的比作用量模型，根據(jù)金屬射流的作用時(shí)間和脈沖電流波形，對(duì)金屬射流的比作用量進(jìn)行了計(jì)算，分析了電磁裝甲系統(tǒng)的電感、電阻、電容和充電電壓等電路參數(shù)和裝甲板間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)金屬射流比作用量的影響，在此基礎(chǔ)上對(duì)裝甲板間距進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與陳少輝[4]得出的結(jié)果相同。

2.1.4 基于磁流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性機(jī)理

當(dāng)射流中流過(guò)脈沖大電流時(shí)，電流與產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互作用，加速聚能裝藥射流的變形與斷裂。這一現(xiàn)象的基本原理是金屬流體中的磁流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性效應(yīng)，主要分為扭曲不穩(wěn)定性和臘腸不穩(wěn)定性。

Littlefield等[7]假設(shè)金屬射流為無(wú)限長(zhǎng)，沿著軸向均勻拉伸，具有極好的塑性，并忽略了熱傳導(dǎo)、損耗和焦耳加熱效應(yīng)。事實(shí)上，由于這種假設(shè)忽略了熱效應(yīng)，因此與實(shí)際情況不符。之后，Littlefield[8]又研究了考慮熱效應(yīng)、更接近實(shí)際的有限電導(dǎo)率情況，并且提到了電熱軟化作用在磁流體不穩(wěn)定性中的重要性，給出了金屬射流產(chǎn)生磁流體不穩(wěn)定性的材料屬性的邊界條件。

普遍認(rèn)為：金屬射流結(jié)構(gòu)尺寸上的缺陷是產(chǎn)生磁流體不穩(wěn)定性的主要原因，即射流的軸向直線度產(chǎn)生扭曲不穩(wěn)定性，射流徑向尺寸差異產(chǎn)生臘腸不穩(wěn)定性。苑希超[9]對(duì)金屬射流控制方程組中的關(guān)鍵因素電磁體積力進(jìn)行了分析，認(rèn)為變化的磁壓力是產(chǎn)生磁流體不穩(wěn)定性初始擾動(dòng)的主要原因，并求出了等效表面電磁壓強(qiáng)與時(shí)間和半徑的關(guān)系，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，得出了表面電磁壓強(qiáng)隨相對(duì)半徑的變化規(guī)律。

2.2 電磁裝甲數(shù)值仿真研究

由于電磁裝甲包括力學(xué)、流體、電磁和熱等多種工況的非線性快速變化過(guò)程，相互耦合，作用時(shí)間短，難以用解析解來(lái)描述和分析，只能用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)仿真分析其作用過(guò)程。

2004年，英國(guó)國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室利用2種通用商業(yè)化數(shù)值模擬工具(AUTODYN和ELEKTRA)對(duì)電磁裝甲中的破甲彈射流進(jìn)行了仿真[10]，假設(shè)電流位于破甲彈射流表面，利用AUTODYN有限體積技術(shù)來(lái)模擬電磁壓力和破甲彈射流的變形；為了精確預(yù)測(cè)流過(guò)破甲彈射流的電流和磁通密度，ELEKTRA使用有限元方法來(lái)解決麥克斯韋方程組的低頻部分；為了檢驗(yàn)AUTODYN方法的準(zhǔn)確性和估算已做假設(shè)的正確性，對(duì)AUTODYN和ELEKTRA得到的結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比，其結(jié)果如圖4所示。建議結(jié)合使用AUTODYN和ELEKTRA軟件。

圖4 金屬射流穿過(guò)電磁裝甲仿真結(jié)果

為計(jì)算電磁炮、電磁裝甲等脈沖電流作用下的多場(chǎng)耦合數(shù)值解，美國(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種計(jì)算機(jī)仿真軟件ALEGRA，它使用拉格朗日、歐拉和ALE算法，可以用來(lái)解決二維或三維空間復(fù)雜形狀物體的多物理量耦合問(wèn)題。該軟件可選擇很多變化的物理量，包括流體動(dòng)力學(xué)、有外部電路耦合的磁流體力學(xué)、輻射傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo)、對(duì)偶離子和電子溫度等。

2002年，美國(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了三維ALEGRA-MHD仿真[11]，模擬了直徑3 mm的銅線，等邊彎曲60°注入峰值400 kA脈沖電流后的磁流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。圖5為仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。左側(cè)圖為磁通密度和磁能分布的等值面分布，右側(cè)圖為試驗(yàn)中同一時(shí)刻得到的X光照片。仿真結(jié)果在形態(tài)和斷裂時(shí)間上均與試驗(yàn)結(jié)果相符，同時(shí)直觀地標(biāo)出了最大磁能和最小磁能的位置，顯示了可視化仿真技術(shù)的極大優(yōu)勢(shì)。但是仿真軟件包由于缺乏處理導(dǎo)體斷裂后導(dǎo)電回路切斷的能力，因此在斷裂處的結(jié)果處理上尚顯不夠準(zhǔn)確。

圖5 ALEGRA-MHD仿真和試驗(yàn)結(jié)果

2008年，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室加大了對(duì)ALEGRA的投入力度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁裝甲中的復(fù)雜物理現(xiàn)象建立接近基本原理的仿真能力[12]。圖6為得到的電磁裝甲仿真圖。

圖6 金屬射流穿過(guò)電磁裝甲仿真圖

2.3 電磁裝甲試驗(yàn)技術(shù)研究

20世紀(jì)70年代末，前蘇聯(lián)拉夫季耶夫流體力學(xué)研究所最早開始電磁裝甲的研究工作，1975年1月完成了第一批試驗(yàn)，并開始了電磁和強(qiáng)電流對(duì)成型裝藥射流穩(wěn)定性影響的綜合性研究。1998年的公開資料表明：該研究所還致力于脈沖電流作用下的磁流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性研究[13-15]。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)加利福尼亞的麥克斯韋實(shí)驗(yàn)室開始了電磁裝甲的理論研究。之后，美軍陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的武器技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)制定了具體研究計(jì)劃。隨后使用30 mm和50 mm直徑破甲彈對(duì)電磁裝甲進(jìn)行了原理試驗(yàn)(峰值電流450 kA)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)裝甲鋼，30 mm破甲彈破甲深度從140 mm降到了40 mm，50 mm破甲彈破甲深度從220 mm降低到了80 mm。

2006年，夫瑯和費(fèi)研究所(Fraunhofer-Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institute)進(jìn)行了44 mm口徑破甲彈的電磁裝甲試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖7所示，2塊10 mm厚的銅金屬板組成電磁裝甲模塊，間隔50 mm，中間用塑料支撐隔離。金屬板的法線與射流軸線成60°，高壓脈沖電容器容量780 μF，工作電壓16 kV，電容器組的儲(chǔ)能E=100 kJ。

圖7 電磁裝甲試驗(yàn)系統(tǒng)

在電磁裝甲板后放置軋制均制裝甲目標(biāo)板以測(cè)量剩余穿透能力。為了便于觀察金屬射流通過(guò)電磁裝甲板后的變形情況，在裝甲板后預(yù)留出了600 mm的距離以拍攝射流的X照片，使用一個(gè)3通道的X射線管每隔20 μs觸發(fā)一次。通過(guò)加電與不加電的對(duì)比試驗(yàn)表明：加電后的試驗(yàn)，射流變形明顯，特別是在100 μs時(shí)分散得最快，3次試驗(yàn)中射流的穿透能力明顯下降，即使考慮破甲彈破甲深度散布的影響也是如此。

美軍陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和陸軍坦克動(dòng)力研究發(fā)展與工程中心從2000年開始了緊湊型高功率脈沖電源設(shè)計(jì)和電磁裝甲試驗(yàn)工作，設(shè)計(jì)和研制了電磁裝甲試驗(yàn)平臺(tái)及電磁裝甲試驗(yàn)?zāi)K，如圖8所示。

圖8 美國(guó)電磁裝甲試驗(yàn)?zāi)K

2008年，瑞典防護(hù)研究機(jī)構(gòu)和Grindsjǒn(防護(hù)安全系統(tǒng)和技術(shù)部門)研究中心(Swedish Defence Research Agency, Defence & Security Systems and Technology Division, Grindsjǒn)為了研究金屬射流的破碎現(xiàn)象，對(duì)電流流過(guò)的靜態(tài)銅桿進(jìn)行了試驗(yàn)[16]。在所拍攝的X光照片中可以清楚地看到，洛倫茲力明顯把銅桿推向了右側(cè)。這一推力可能給金屬射流一個(gè)側(cè)向速度，這將會(huì)阻礙金屬射流像以前一樣打擊在同一點(diǎn)，也就是說(shuō)拖尾效應(yīng)使金屬射流覆蓋了更大的目標(biāo)表面，從而使得侵徹能力下降。

2007年，荷蘭的應(yīng)用科學(xué)研究院彈道研究實(shí)驗(yàn)室在2種成型裝藥的實(shí)彈射擊中對(duì)電磁裝甲的潛力進(jìn)行了評(píng)估。測(cè)量結(jié)果顯示：由于電流的存在，導(dǎo)致金屬射流不穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而降低了其侵徹能力[17]。

1999年，兵器工業(yè)某研究所在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了電磁裝甲原理試驗(yàn)，試驗(yàn)選用若干個(gè)5 kV、183 μF的電容器組成電容器組，使用鋁作為裝甲板，間隔350 mm，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了電磁裝甲原理的正確性。

自2000年起，軍械工程學(xué)院開展了電磁裝甲理論、仿真與試驗(yàn)研究，不斷完善和改進(jìn)了試驗(yàn)系統(tǒng)，優(yōu)化了裝甲板間距，掌握了電磁裝甲電參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和優(yōu)化方法。

2.4 電磁裝甲軍事應(yīng)用研究

國(guó)外在開展理論研究的基礎(chǔ)上，適時(shí)開展電磁裝甲應(yīng)用研究，重點(diǎn)研究電磁裝甲與裝甲車輛的綜合集成技術(shù)、高功率脈沖電源和安全性與電磁兼容技術(shù)研究。

2003年9月，在英國(guó)倫敦舉行的車輛生存能力會(huì)議上，英國(guó)政府所屬研究機(jī)構(gòu)國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室公布了安裝在“武士”步兵戰(zhàn)車上的電磁裝甲試驗(yàn)錄像，如圖9所示。試驗(yàn)顯示：安裝在“武士”步兵戰(zhàn)車側(cè)面的電磁裝甲受到火箭彈多次打擊，但所有破甲彈射流在擊穿車體主裝甲之前就被電磁裝甲減弱了，對(duì)車體外部結(jié)構(gòu)造成的損傷也非常小。據(jù)國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室透露，這種電磁裝甲系統(tǒng)總質(zhì)量只有3 t，而提供的防護(hù)效果卻相當(dāng)于在裝甲車輛上加裝10～20 t裝甲鋼，目前英國(guó)正在考慮將電磁裝甲技術(shù)應(yīng)用到“未來(lái)快速反應(yīng)系統(tǒng)”。

圖9 英國(guó)電磁裝甲試驗(yàn)

2005年2月22日，美軍陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和陸軍坦克動(dòng)力研究發(fā)展和工程中心完成了電磁裝甲模塊與混合電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)車的一體化研究。在馬里蘭州阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)彈射擊試驗(yàn)，如圖10所示，在現(xiàn)場(chǎng)射擊試驗(yàn)中安裝在混合電驅(qū)動(dòng)演示戰(zhàn)車上的電磁裝甲模塊成功抵御了多枚來(lái)襲彈藥，證明電磁裝甲具有抗多次打擊能力。

圖10 美國(guó)電磁裝甲試驗(yàn)

2010年，軍械工程學(xué)院在前期理論與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研制了電磁裝甲集成模塊，為電磁裝甲工程化試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

3 電磁裝甲防護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)近幾十年的電磁裝甲防護(hù)技術(shù)研究，其理論、仿真和試驗(yàn)技術(shù)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但也不可否認(rèn)，電磁裝甲要走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)工程化的軍事應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路。筆者認(rèn)為，應(yīng)從以下方面開展相關(guān)工作。

3.1 深化作用機(jī)理，探索防護(hù)穿甲彈機(jī)理

多年的研究結(jié)果表明：電磁裝甲能有效防御破甲彈的金屬射流。但至今尚未實(shí)現(xiàn)軍事應(yīng)用的主要原因是缺乏防護(hù)穿甲彈的機(jī)理與試驗(yàn)研究，盡管穿甲彈的速度低于破甲彈的金屬射流，但其彈芯直徑大、材料強(qiáng)度高，必須深化電磁裝甲的作用機(jī)理，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)電磁裝甲的參數(shù)，使得其既能防護(hù)破甲彈，又能防護(hù)穿甲彈，這樣才能推動(dòng)電磁裝甲的軍事應(yīng)用進(jìn)程。

3.2 強(qiáng)化系統(tǒng)集成研究，為工程化樣機(jī)研制提供基礎(chǔ)

與傳統(tǒng)防護(hù)系統(tǒng)相比，電磁裝甲具有系統(tǒng)總重量輕、能有效對(duì)抗破甲彈和抗多次打擊的能力。但要發(fā)揮其防護(hù)作用，還必須與基礎(chǔ)裝甲集成在一起，解決絕緣與支撐、綜合布線和電源集成等工程問(wèn)題，因此強(qiáng)化系統(tǒng)集成研究將是電磁裝甲的發(fā)展重點(diǎn)之一。

2009年3月舉辦的電磁裝甲歐洲研討會(huì)結(jié)束后，歐洲防務(wù)局(European Defense Agency, EDA)啟動(dòng)了裝甲車輛電磁裝甲項(xiàng)目研究，重點(diǎn)開展電磁裝甲的綜合集成研究，并在2010年6月提交的報(bào)告中介紹了分別基于履帶和輪式重型裝甲車輛的電磁裝甲系統(tǒng)及電磁裝甲模塊設(shè)計(jì)圖，如圖11所示。并向EDA各成員國(guó)推薦以征集合作研究對(duì)象。

圖11 EDA的試驗(yàn)車和電磁裝甲示意圖

3.3 加強(qiáng)電磁兼容與高電壓安全性研究，為裝備發(fā)展提供依據(jù)

對(duì)于坦克裝甲車輛來(lái)說(shuō)，其車體、炮塔或底盤作為電源地、信號(hào)地和安全地[18]。但電磁裝甲在高電壓、大電流和強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作，即使接地端存在毫歐級(jí)的電阻，也將會(huì)產(chǎn)生上千伏的電壓，同時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)也會(huì)通過(guò)車體耦合到車體內(nèi)部。因此電磁裝甲的安全性和電磁兼容性是其軍事應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

為此，歐洲防務(wù)局已經(jīng)開始研究電磁裝甲使用安全性準(zhǔn)則，包括建立電磁裝甲的運(yùn)行、維護(hù)、培訓(xùn)和儲(chǔ)存等方面的安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，評(píng)估與電磁裝甲性能相關(guān)的通用功能和固有危險(xiǎn)以及這些危險(xiǎn)可能產(chǎn)生的影響，建立識(shí)別潛在危險(xiǎn)的安全評(píng)估過(guò)程，制定安全標(biāo)準(zhǔn)等。并制定了相應(yīng)的研究計(jì)劃。 2013年英國(guó)國(guó)防科技實(shí)驗(yàn)室將電磁裝甲模塊安裝在FV432裝甲車，對(duì)其開展了電磁兼容性測(cè)試，如圖12所示。

圖12 對(duì)電磁裝甲模塊進(jìn)行電磁兼容測(cè)試

3.4 拓展應(yīng)用領(lǐng)域

雖然電磁裝甲是圍繞裝甲車輛的防護(hù)而誕生的，但隨著其機(jī)理與試驗(yàn)技術(shù)成熟后，也將應(yīng)用于其他軍事平臺(tái)的防護(hù)，如地下重要目標(biāo)防護(hù)穿地彈，此時(shí)高功率脈沖電源的體積和重量將不會(huì)受到限制。同樣，艦船上也有足夠的空間安裝脈沖電源。也可用于空間目標(biāo)的防護(hù)，特別是針對(duì)超高速(3～10 km/s)，小尺寸(毫米級(jí))的太空垃圾，電磁裝甲將能充分發(fā)揮其響應(yīng)速度快、功率脈沖大的優(yōu)點(diǎn)，如2009年俄羅斯應(yīng)用機(jī)械與電驅(qū)動(dòng)研究所利用電磁裝甲原理進(jìn)行了航天器的電磁防護(hù)試驗(yàn)[19]。利用帶有金屬絲的電磁裝甲板模擬了對(duì)軌道碎片的防護(hù)過(guò)程?？梢灶A(yù)見，電磁裝甲下一步將會(huì)在各類武器平臺(tái)上開展試驗(yàn)與應(yīng)用研究。

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