电磁炮与电磁弹射

2017-03-23华庆富

中学生数理化(高中版.高二数学) 2017年2期

电磁炮与电磁弹射

■江苏省金湖县实验中学华庆富

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮利用电磁系统中磁场产生的洛伦兹力对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的动能。与传统的火药推动的大炮相比,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

电磁炮主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常为可储存10MJ～100MJ能量的装置。当前可用于电磁炮的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机等,其中单极发电机是最有发展前途的能源。加速器是把电磁能量转换成炮弹动能,使炮弹达到高速的装置。当前可用于电磁炮的加速器主要有使用低压直流单极发电机的轨道炮加速器和具有离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。开关是接通能源和加速器的装置,它能够在几毫秒的时间内把兆安级的电流引进加速器。

电磁炮被喻为未来“星球大战”式的武器。电磁炮的炮弹能够以七倍音速的速度飞行,能够击穿160km外的三堵混凝土墙或者7.6cm的厚钢板。而即便是使用了增程弹的传统的火炮射程也很难超过100km,显然电磁炮将传统的火炮打击系统的射程提高了不少。美军计划在下一代海军舰艇上装备电磁炮打击系统,且这种未来军舰可以携带近百枚的电磁炮炮弹。另外,电磁炮炮弹的花费大约为1.5万美元一发,而现在使用的常规制导武器的费用动辄数十万美元至上百万美元每发。

电磁炮并不是依靠战斗部的装药来摧毁目标的,而是凭借巨大的动能进行打击,获得远程击穿的效果。在几十年前,电磁炮还属于科幻小说中的装备,目前却即将用于舰上测试了,我们是不是该再次感叹科技发展的神速呢?

电磁弹射是利用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动的,其实质是电磁炮的一种形式。传统的弹射有机械弹射(如弹簧、皮筋等)、能量弹射(如子弹、磁悬浮列车等)。

电磁弹射的主要应用范围是大载荷量的短程加速,如在军事应用中比较典型的是航空母舰上舰载飞机的起飞弹射。电磁弹射虽然起步较晚,但由于其潜在的应用前景,使得该项技术的研究备受重视。1988年美国海军与卡曼航空航天公司曾计划联合研制航母舰载电磁弹射器模型,指标是在3s的加速时间内,把重达36t的全载F-14战机加速到150节。据估计,这种电磁弹射器的重量只有现役的蒸汽弹射器的十分之一,而且省去许多管道,这对于舰船的安全运行和减重提速都具有十分重要的意义。英国国防部正着手准备一个开发与试验计划,研究在未来两艘航母上加装一种新型电磁弹射系统的可能性。与此同时,其他国家也对电磁弹射技术产生了浓厚的兴趣。

2013年当地时间10月11日,全球第一艘装备电磁弹射系统的美军“福特号”航空母舰下水。

中国已完成电磁弹射技术的系统研究和相关试验,只是由于某些原因,这种技术未运用在“辽宁舰”上。想必以后在中国新一代航母的起降技术上会运用这一先进科技。

与蒸汽弹射器相比电磁弹射器的优点主要是体积小,操纵人数也要少30%左右,构造相对简单,弹射力度可控等。电磁弹射器的缺点是耗电量大,但对于全电力推动的航母和核动力航母来说这不是太大的问题。

现代武器中有一种新型电磁炮,它是利用电磁技术制成的一种先进武器,具有速度快、命中率高等特点,其工作原理是磁场对通电导体的作用。在如图1所示的四幅图像中与此工作原理相同的是( )。

图1

解析:在明确通电导体在磁场中受力的作用这一工作原理主要应用于电动机的基础上,对四幅图像的工作原理进行分析,即可判断。电热水壶是利用电流的热效应工作的,故A不符合题意。图B中的实验装置含有电源,研究的是通电导体在磁场中的受力,故符合题意。图C中的实验装置不含电源,研究的是电磁感应现象,故不符合题意。电磁继电器的主要部件是电磁铁,是利用电流的磁效应工作的,故D不符合题意。答案为B。