電磁炮與電磁彈射

■江蘇省金湖縣實驗中學(xué) 華慶富

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進動能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同,電磁炮利用電磁系統(tǒng)中磁場產(chǎn)生的洛倫茲力對金屬炮彈進行加速,使其達到打擊目標(biāo)所需的動能。與傳統(tǒng)的火藥推動的大炮相比,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)電機等,其中單極發(fā)電機是最有發(fā)展前途的能源。加速器是把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動能,使炮彈達到高速的裝置。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間內(nèi)把兆安級的電流引進加速器。

電磁炮被喻為未來“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,電磁炮炮彈的花費大約為1.5萬美元一發(fā),而現(xiàn)在使用的常規(guī)制導(dǎo)武器的費用動輒數(shù)十萬美元至上百萬美元每發(fā)。

電磁炮并不是依靠戰(zhàn)斗部的裝藥來摧毀目標(biāo)的,而是憑借巨大的動能進行打擊,獲得遠程擊穿的效果。在幾十年前,電磁炮還屬于科幻小說中的裝備,目前卻即將用于艦上測試了,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推動被彈射的物體向外運動的,其實質(zhì)是電磁炮的一種形式。傳統(tǒng)的彈射有機械彈射(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,使得該項技術(shù)的研究備受重視。1988年美國海軍與卡曼航空航天公司曾計劃聯(lián)合研制航母艦載電磁彈射器模型,指標(biāo)是在3s的加速時間內(nèi),把重達36t的全載F-14戰(zhàn)機加速到150節(jié)。據(jù)估計,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,這對于艦船的安全運行和減重提速都具有十分重要的意義。英國國防部正著手準(zhǔn)備一個開發(fā)與試驗計劃,研究在未來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,其他國家也對電磁彈射技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

2013年當(dāng)?shù)貢r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”航空母艦下水。

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

與蒸汽彈射器相比電磁彈射器的優(yōu)點主要是體積小,操縱人數(shù)也要少30%左右,構(gòu)造相對簡單,彈射力度可控等。電磁彈射器的缺點是耗電量大,但對于全電力推動的航母和核動力航母來說這不是太大的問題。

現(xiàn)代武器中有一種新型電磁炮,它是利用電磁技術(shù)制成的一種先進武器,具有速度快、命中率高等特點,其工作原理是磁場對通電導(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)體在磁場中受力的作用這一工作原理主要應(yīng)用于電動機的基礎(chǔ)上,對四幅圖像的工作原理進行分析,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中的實驗裝置含有電源,研究的是通電導(dǎo)體在磁場中的受力,故符合題意。圖C中的實驗裝置不含電源,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。

我國未來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前輪連接,并處于強磁場中,當(dāng)彈射車內(nèi)的導(dǎo)體通以強電流時,即可受到強大的推力,從而將飛機彈射出去。下列實驗中,與電磁彈射器的工作原理一致的是( )。

A.奧斯特實驗

B.研究通電導(dǎo)體在磁場中受力而運動的實驗

C.探究交流發(fā)電機工作原理的實驗

D.法拉第的電磁感應(yīng)實驗

參考答案:B

(責(zé)任編輯 張 巧)