磁道炮
磁道炮（英语：railgun），也称轨道炮，是一种与单极电动机原理相似的电磁炮发射装置。磁道炮以电流产生的洛伦兹力加速载物，令其沿平行的导轨移动，并进入下一个轨道继续加速[2]。
磁道炮的动力来源与其他武器不同，不使用炸药与推进剂，而是使用电磁力取得巨大动能来发射炮弹，传统军事用枪械的枪口初速无法超越每秒2000米，而磁道炮能达到每秒3000米。另外磁道炮能避免传统炸药与弹头存储的风险，以及相对低廉的成本亦是磁道炮的优势[3]。
除了军事应用，美国国家航空航天局也建议运用磁道炮将载荷送入外太空的地球同步轨道[4]；然而在过程中将产生强大的G力，限制了载荷的使用。这种交通工具被称为质量投射器。
基本介绍
电磁炮与传统电动机的不同之处在于其结构不需场磁铁（永久磁铁）[5]，它的基本结构由单环电流组成，因此需要极大电流（超过百万安培）来产生足够的枪口初速。其中一种常见的变种是利用驱动电流通过平行导线，增加电枢产生的磁场（直流串绕电动机的设置），称为增强磁道炮[6]，这种设置减少了电流的需求量。
电枢可以是子弹组成的一部分，也能被用以加速绝缘、不导电的子弹。通常固态金属导体是磁道炮电枢较好的材料来源，但也可以使用等离子电枢与混合电枢[7]。与传统枪受火药爆炸的瞬间气压推进的原理相同，等离子电枢以类似的方式推动非导体的固态载荷。等离子电枢以等离子体将金属电枢与枪轨连结，在速度超过阈值后，固体电枢亦能转型为混合电枢。
对于军事应用来说，磁道炮的优势在于它能达到远超过传统武器的枪口初速[8]。枪口初速的提升可以有效改善射程，并且提高终端速度，令其剩余的动能产生榴弹的爆破效应。典型磁道炮的枪口初速通常能达到每秒2000-3500米[9]。对于单回路磁道炮而言，它需要在几微秒间经过五百万安培，产生的磁场强度约为10特斯拉，现代磁道炮的设计通常为“空芯”（不使用磁性材料），以提高磁通量。
磁道炮的速度处于轻气炮的范围，然而后者被认为更适合应用于实验室，而磁道炮在军事应用上具有十足潜力。理论上，如果能开发重量轻、稳定的电源技术，应用于磁道炮，系统总体积与质量将会远小于常规推进剂的弹药量，克服传统弹药的不稳定性（大大减少敌军炮火的威胁）。
应用
- 美国海军阿利·伯克级驱逐舰的后继实验舰朱姆沃尔特级驱逐舰（USS Zumwalt DDG-1000）设计好一套整体电力系统 (IPS)，能够有效输送电力往电动机或是武器，以利日后装配磁道炮，但碍于成本问题，目前只装配先进火炮（AGS）代替。
- 2018年2月1日，几张安装新型号舰炮的072III型大型登陆舰海洋山号在网上广传，舆论认为是中国解放军试验中的磁道炮，但也有说法指其设计更接近线圈炮。
- 2023年10月17日，日本防卫装备厅称日本海上自卫队已成功在海上试射中口径电磁炮，其采用40毫米炮管，炮身长达6米、重约8吨，充电能量达5百万焦耳（MJ），发射40毫米的钢弹后，能使弹药初速达到约6.7马赫的超音速，炮管寿命能发射超过120发。[10]
参见
参考资料
- ^ Fletcher, Seth. Navy Tests 32-Megajoule Railgun |. Popular Science. 2013-06-05 [2013-06-16]. （原始内容存档于2015-05-06）.
- ^ Rashleigh, C. S. & Marshall, R. A. Electromagnetic Acceleration of Macroparticles to High Velocities. J. Appl. Phys. April 1978, 49 (4): 2540 [2016-02-25]. doi:10.1063/1.325107. （原始内容存档于2014-12-17）.
- ^ Rail Strike. The Economist. 2015-05-09 [2016-01-31]. （原始内容存档于2015-05-17）.
- ^ Atkinson, Nancy. NASA Considering Rail Gun Launch System to the Stars. Universe Today. 2010-09-14 [2016-02-25]. （原始内容存档于2018-02-07）.
- ^ Hindmarsh, John. Electrical Machines and their Applications. Oxford: Pergamon Press. 1977: 20. ISBN 0-08-021165-8.
- ^ Fiske, D.; Ciesar, J.A.; Wehrli, H.A.; Riemersma, H.; et al. The HART 1 Augmented Electric Gun Facility. IEEE Transactions on Magnetics. January 1991, 27 (1): 176–180 [2016-03-05]. ISSN 0018-9464. doi:10.1109/20.101019. （原始内容存档于2014-12-17）.
- ^ Batteh, Jad. H. Review of Armature Research. IEEE Transactions on Magnetics (IEEE Magnetics Society). January 1991, 27 (1): 224–227 [2016-03-05]. doi:10.1109/20.101030. （原始内容存档于2015-02-08）.
- ^ Gully, John. Power Supply Technology for Electric Guns. IEEE Transactions on Magnetics (IEEE Magnetics Society). January 1991, 27 (1): 329–334 [2016-03-05]. doi:10.1109/20.101051. （原始内容存档于2015-02-10）.
- ^ 50 megajoules kinetic energy. Wolfram Alpha. 2014-04-28 [2016-03-05]. （原始内容存档于2017-07-02）.
- ^ 吴哲宇. 超中趕美！ 日本成功進行電磁砲海上試射. 自由时报. 2023-10-18 [2023-12-26]. （原始内容存档于2023-12-26）.
外部链接
- 凤凰卫视官方频道-中国电磁炮腾空出世 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- NRL Railgun Demonstration Video （页面存档备份，存于互联网档案馆） US Naval Research Laboratory, July 2010
- USN sets five-year target to develop electromagnetic gun （页面存档备份，存于互联网档案馆） Jane's Defence Weekly, 20 July 2006
- Electromagnetic Railgun （页面存档备份，存于互联网档案馆） Popular Science Article
- World’s Most Powerful Rail Gun Delivered to Navy （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 14 November 2007
- 电磁炮问世，美军开创新“大炮巨舰”时代。网易专题