張大源

我對(duì)電磁發(fā)射技術(shù)的興趣，始于幾年前的電影《變形金剛2》。片中美國(guó)海軍驅(qū)逐艦上最主要的裝備就是一門電磁軌道炮。最近幾年看到美國(guó)海軍新型戰(zhàn)艦上將配置電磁炮的新聞，讓我對(duì)這種全新的武器系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。那么制作一個(gè)這樣的模型如何呢？

制作前的準(zhǔn)備

為了表現(xiàn)電磁發(fā)射系統(tǒng)的工作原理，據(jù)工作方式分類，電磁炮也可以分為導(dǎo)軌炮（軌道炮）、線圈炮、重接炮。其中線圈炮憑借其較低的技術(shù)難度與直觀的工作原理成為學(xué)習(xí)電磁發(fā)射系統(tǒng)的良好材料，也有著極為誘人的發(fā)展前景，于是我將技術(shù)模型制作方向定在了制作一門線圈炮模型上。

電源系統(tǒng)制作

電磁發(fā)射系統(tǒng)中，最重要的一個(gè)部分就是電源系統(tǒng)。我認(rèn)為一具合格的電磁炮模型電源需要具備提供大電流、高電壓、高功率、高能量以及輕便易攜帶等特點(diǎn)。在日常生活中所接觸到的各類電源中，常規(guī)電池已不能滿足需要，市政電路因家用空氣開關(guān)的電流限制往往也不足以作為首選能源，而航模飛機(jī)上常用的鋰聚合物電池則是更佳的選擇。

但是航模電池的電壓較低，多為7.4V-22.2V之間。這樣的電壓顯然不能滿足電磁炮模型發(fā)射需要，因此我需要增加一個(gè)升壓的步驟。這個(gè)過程利用ZVS升壓模塊完成。ZVS的制作可以參考相關(guān)的圖紙，利用電容、電感、二極管和鐵圈變壓器即可完成制作，在簡(jiǎn)單實(shí)用的同時(shí)具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在ZVS上加裝數(shù)顯電壓表可以直觀地了解其工作狀態(tài)與輸出電壓。

控制系統(tǒng)制作

在同軸線圈發(fā)射系統(tǒng)中，如何準(zhǔn)確控制各級(jí)加速線圈的工作時(shí)間是研究的重中之重。出于節(jié)約成本以及減少技術(shù)難度的需要，我采用單片機(jī)延時(shí)控制或者光電傳感器作為電磁炮的控制系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)對(duì)各級(jí)加速線圈的分析模擬，可以計(jì)算出拋射體速度的變化曲線，進(jìn)而使用單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)控制。這種方式具有一定的控制精度與自動(dòng)化，但對(duì)身管的加工需要較高的精度，需要避免破壞內(nèi)膛的平直以影響發(fā)射效能，而因身管較薄，更增加了對(duì)鉆孔的精度要求。

身管材料選擇

在制作電磁炮模型時(shí)，身管的制造精度直接影響到模型成品的實(shí)際效果。模型炮的身管應(yīng)該輕薄結(jié)實(shí)、內(nèi)膛平直，符合這一要求的材料包括薄壁鋼管、碳纖維管、玻璃纖維管。從能量利用角度來看，碳纖維材料或者玻璃纖維材料的身管更適合作為模型電磁炮的身管。但這兩種材料的加工難度遠(yuǎn)高于薄壁鋼管，其切削難度也大于鋼管，因此電磁炮模型首選管材以薄壁鋼管為佳。需要注意的是，鋼管應(yīng)盡可能薄，以減弱對(duì)磁場(chǎng)的削弱作用，同時(shí)應(yīng)選用不帶磁性的鋼材，避免擾亂磁場(chǎng)，削弱發(fā)射效果。

拋射體材料選擇

在制作電磁炮理論模型時(shí)，拋射體作為一種耗材，其種類的選擇應(yīng)以工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品為主。由于我制作的是一個(gè)同軸線圈炮模型，所以其拋射體的材質(zhì)選擇了鐵磁性材料（鐵鈷鎳），綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)性與易得性，我選用不銹鋼材質(zhì)的平頭定位銷作為模型的拋射體。

組裝和試驗(yàn)

完成了設(shè)計(jì)，就開始進(jìn)行元件的組裝工作了。

在付出了一個(gè)月的努力后，經(jīng)歷了從可行性構(gòu)想、擬定具體參數(shù)、采購裝配試驗(yàn)等環(huán)節(jié)后，我最終完成了一個(gè)多級(jí)的同軸線圈電磁炮模型。它采用光電傳感器進(jìn)行控制，配備有多個(gè)加速線圈和儲(chǔ)能電容，同時(shí)也體現(xiàn)了預(yù)計(jì)的技術(shù)細(xì)節(jié)與技術(shù)效果，并且具有較高的能量利用效率。制作這樣一個(gè)模型，我不僅更深入地了解到相關(guān)技術(shù)，也增強(qiáng)了實(shí)際操作能力，豐富了自己的知識(shí)面。怎么樣，像不像真的電磁炮？