電磁炮
關(guān)注創(chuàng)建者：AlainZhou 創(chuàng)建時間：2018-12-14
電磁炮的視頻教程
LS-DYNA EM：電磁模塊 電磁炮教程
這是一個關(guān)于LS-DYNA EM求解器的教程視頻 ，它解釋了電磁成形/焊接/彎曲應(yīng)用的物理模型，關(guān)鍵字和主要概念。 本案例展示了EM求解器如何處理導(dǎo)體之間的接觸，特別關(guān)注對BEM網(wǎng)格的影響。 主要對軌道炮應(yīng)用案例做了詳細(xì)介紹！
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Comsol變磁阻電磁炮仿真
電磁場耦合剛體運動方程 4. 位移速度變化曲線 5. 電容放電外電路設(shè)置 6. 位移、速度、電磁力等后處理結(jié)果的提取
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電磁炮的實例教程
網(wǎng)上流傳的中國電磁炮上艦的照片。筆者作為電磁炮愛好者，曾經(jīng)自行設(shè)計制造過電磁炮的工程模型。
現(xiàn)就網(wǎng)上流傳的圖片資料，對目前這門炮嘗試進(jìn)行一些分析！
圖片：網(wǎng)上流傳的中國電磁炮裝艦樣機(jī)，注意炮管中后部凸起部分及下部支撐結(jié)構(gòu)。
針對這臺原型機(jī)，目前比較大的一個爭議就是這門電磁炮的種類。
通常意義上的電磁炮包括：軌道炮，重接炮以及線圈炮三種形式。但從實質(zhì)上說，重接炮是線圈炮的一種特殊種類。從目前的照片來看，基本可以排除重接炮的可能，因為重接炮的彈丸為實心的非鐵磁材料的良導(dǎo)體。從未來裝備部隊的角度來看，研發(fā)這樣一種彈種單一的武器顯然不利于部隊遂行多任務(wù)的要求。
圖片：重接炮基本構(gòu)型
目前相對主流的意見是軌道炮。
因為相對于線圈炮，世界各國在軌道炮上投入的資源更多，相關(guān)技術(shù)也比較成熟。2014年美軍在圣地亞哥海軍基地港口的聯(lián)合高速船USS Millinocket（JHSV 3）上展出的BAE系統(tǒng)公司制造的電磁炮原型機(jī)即為軌道炮。此前陸上試驗的型號也是軌道炮。
摸著鷹醬屁股過河的兔子，這次上艦的會不會也是軌道炮呢？
圖片：BAE系統(tǒng)公司制造的電磁軌道炮原型機(jī)
我認(rèn)為未必。
根據(jù)圖片判斷，從炮管中段向后明顯的凸起部分，而軌道炮的炮管是兩段相互平行的均勻金屬導(dǎo)軌。從此前BAE系統(tǒng)公司展示的原型機(jī)中我們也可以看到這點。
對于這部分凸起是散熱系統(tǒng)的質(zhì)疑，其實也并不可靠。固然軌道炮運行需要較高的電流和電壓，同時會發(fā)生劇烈的燒蝕，但其發(fā)熱量遠(yuǎn)未達(dá)到需要如此龐大的散熱系統(tǒng)的地步。況且如果是散熱系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)有冷卻液回路連接到炮塔內(nèi)部，但從目前的圖片分析并未發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)構(gòu)。所以基本排除了是電磁軌道炮加散熱系統(tǒng)的假設(shè)。
展開 電磁炮，顧名思義，就是以電來使線圈產(chǎn)生磁場將炮彈高速地發(fā)射出去，目前可以看到美國有電磁炮相關(guān)的報道，電磁炮彈的速度和威力是傳統(tǒng)火炮難以與之媲美的。既然有這些優(yōu)勢，那么電磁炮的原理是怎樣的呢？它的內(nèi)部有些什么特殊裝置呢？
電磁炮外形
與傳統(tǒng)火炮圓形炮管不一樣的地方它是扁形的炮管，炮管里平行放置兩列電磁線圈，電磁炮彈放置于線圈的中間，以便通電后產(chǎn)生強(qiáng)磁場的推力使炮彈高速發(fā)射。
電磁炮的線圈
電磁炮的線圈通電后，通過電磁效應(yīng)產(chǎn)生足夠的推力將炮彈超高速地發(fā)射出去，初始速度可達(dá)到5600英里/小時。它的原理就像直線電機(jī)一樣，通電后讓動子產(chǎn)生直線運動，同樣的原理還有磁懸浮列車、航母上的電磁彈射等設(shè)備，當(dāng)然如果電磁炮要把炮彈的出口速度加速到足夠高的速度，也是需要瞬間耗費非常大的電量的。
電磁炮推出炮彈
速度對比
電磁炮可以說就是個直線電機(jī)，只不過直線電機(jī)的動子是來回運動，而電磁炮僅運動一次而已，那么直線電機(jī)也是眾多電機(jī)類型中的一種特殊類型，線圈排列和動子磁場排列和軸向磁場電機(jī)電磁原理是一樣的，只不過一個是直線排列，一個是圓周排列。
了解它的原理后，讓我們來看看實際的電磁炮威力有多大吧。視頻展示的是幾年前美國電磁炮發(fā)射的一些情景，炮彈在穿過多層鋼板時還是非常震撼的。
展開 電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動能殺傷武器．與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?em>電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力，其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程．因而引起了世界各國軍事家們的關(guān)注．自80年代初期以來，電磁炮在未來武器的發(fā)展計劃中，已成為越來越重要的部分。
利用電磁力(洛侖茲力)沿導(dǎo)軌發(fā)射炮彈的武器。它主要由能源、加速器、開關(guān)三部分組成。 能源通常采用可蓄存10～100兆焦耳能量的裝置。目前實驗用的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置、單極發(fā)電機(jī)，其中單極發(fā)電機(jī)是近期內(nèi)最有前途的能源。加速器是把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動能，使炮彈達(dá)到高速的裝置。主要有：使用低壓直流單極發(fā)電機(jī)供電的軌道炮加速器和離散或連續(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，能在幾毫秒之內(nèi)把兆安級電流引進(jìn)加速器中，其中的一種是由兩根銅軌和一個可在其中滑動的滑塊組成。早在19世紀(jì)，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)在磁場中的電荷和電流會受到洛侖茲力的作用。20世紀(jì)初，有人提出利用洛侖茲力發(fā)射炮彈的設(shè)想。在兩次世界大戰(zhàn)中，法國、德國和日本都曾研究過電磁炮。第二次世界大戰(zhàn)以后，其他國家也進(jìn)行過這方面的研究。自70年代初以來，與電磁發(fā)射有關(guān)的技術(shù)取得了重大進(jìn)展。澳大利亞國立大學(xué)建造了第一臺電磁發(fā)射裝置，將 3克重的塑料塊（炮彈）加速到6000米／秒的速度。此后，澳、美科學(xué)家制造了不同類型的實驗樣機(jī)，并進(jìn)行過多次發(fā)射實驗。用單極發(fā)電機(jī)供電的電磁炮，已能把318克重的炮彈加速到4200米／秒的速度。磁通壓縮型電磁炮已能將 2克重的炮彈加速到11000米／秒的速度。
展開 軌道電磁炮技術(shù)的多場耦合及溫度仿真
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS)
電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?em>電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場產(chǎn)生的洛倫茲力來對金屬炮彈進(jìn)行加速，使其達(dá)到打擊目標(biāo)所需的動能，與傳統(tǒng)的化學(xué)推動的大炮相比，電磁炮可大大提高彈丸的速度和射程。
2007年1月16日，美國海軍研究辦公室剪彩用一門90毫米口徑的試驗型電磁炮發(fā)射1發(fā)高速炮彈穿透了儀式彩帶。這發(fā)炮彈在炮口的初始動能達(dá)到7.4兆焦，初速度達(dá)每秒2146米；2008年，美國海軍測試的電磁炮樣炮的動能達(dá)到10.64兆焦，初速達(dá)到每秒2520米；2010年12月，美國海軍的電磁炮測試中，一門測試的電磁炮取得了33兆焦的最大動能，創(chuàng)下了已經(jīng)公開的電磁炮的世界紀(jì)錄。
電磁炮的基本原理如圖所示，利用兩根通電平行金屬軌道產(chǎn)生的電磁力來推動無裝藥炮彈射擊.
炮彈的出口速度理論上最大可達(dá)到7馬赫，射程最遠(yuǎn)超過400公里，目前多國海軍都在積極發(fā)展電磁軌道炮，電磁炮是用電磁系統(tǒng)中的電磁場所產(chǎn)生的洛倫茲力來推動炮彈發(fā)射。理論上，只要足夠的電力，足夠的線圈，足夠硬度和熔點的材料，電磁炮的威力就沒有極限。但是由于炮彈后面部分必須為導(dǎo)體，傳遞導(dǎo)軌兩側(cè)的電流，電流過大導(dǎo)致導(dǎo)軌發(fā)熱嚴(yán)重，兩次發(fā)射必須有足夠的時間間隔，以降溫和為電容充電，準(zhǔn)備下一次的發(fā)射。
展開 而這種高超音速炮彈，原先是為電磁炮設(shè)計使用的，美軍試驗性地將其運用到普通火炮上，期望開發(fā)出一種新的武器系統(tǒng)。
美軍打算利用它攔截巡航導(dǎo)彈和無人機(jī)等飛行器，如果技術(shù)成熟，也可以用在朱姆沃爾特驅(qū)逐艦的155毫米艦炮上，甚至是地面火炮上。
明明是電磁炮專用炮彈，為什么美軍非要把它用在普通火炮上呢？
美國官方給出的解釋是，如果作為反導(dǎo)武器使用，它能大幅度降低成本。美國軍艦裝備的防空導(dǎo)彈價格相當(dāng)昂貴，如海麻雀導(dǎo)彈一枚價值200萬美元，海拉姆一枚100萬美元。
而高超音速炮彈最高估價也不超過10萬美元，差了一個數(shù)量級。對付低速的空中目標(biāo)，用它比導(dǎo)彈便宜很多。
這個理由看起來無懈可擊，不過，美國海軍此舉其實還有更深層次的原因。那就是：美國電磁炮的研發(fā)工作，目前陷入了瓶頸。
電磁炮的原理很簡單，就是將電能通過磁場轉(zhuǎn)換為推動彈丸前進(jìn)的動能。不過隨著速度增大，一系列的問題就產(chǎn)生了：
首先，它對電力的消耗非常大，目前電力能滿足美國海軍需求，每分鐘發(fā)射10發(fā)炮彈的，只有核動力航母，和最新的DDG1000驅(qū)逐艦。
其次，電磁炮因為炮彈初速極高，所以對導(dǎo)軌的燒灼很嚴(yán)重，這也是為何電磁炮沒有發(fā)射 藥，在開火的時候也能看到明顯的火球。
此外，還有電磁炮的散熱技術(shù)和冷卻技術(shù)，發(fā)射系統(tǒng)的抗疲勞，以及電磁炮系統(tǒng)的整合等等，都是難關(guān)。
美國雖然已經(jīng)宣稱電磁炮技術(shù)獲得重大突破，解決了炮管壽命等問題，但卻一直沒能將它上艦，說明還是有問題沒能解決。
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圖11 緊耦合多能源電力系統(tǒng)動態(tài)特性優(yōu)化與主動支撐控制技術(shù)
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電磁能裝備的突破拓展了極端條件下非周期瞬態(tài)工況研究
電磁能裝備可在較短時間內(nèi)通過能量的存儲、功率放大和調(diào)控，將電能變換為瞬時動能（如電磁炮）、熱能（如固體激光器）或輻射能（如高功率微波)等（見圖12）。
