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電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

來源:科普中國-軍事科技前沿2021-03-23 10:31

軍事問答

  很多網友提問:電磁軌道炮的優點之一是射擊時無聲響、無煙霧、無炮口焰,但在很多的試驗照片中炮口出現了明顯的火焰,是怎么回事?這其實是由瞬間電弧產生的。

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ 電磁軌道炮試驗發射情景

  電磁炮共有三類,分別是線圈炮(coil gun)、電磁軌道炮(rail gun)、重接炮(reconnection gun),其中電磁軌道炮是各國發展的重點,我們現在看到的電磁炮射擊試驗照片和視頻,基本都是來自電磁軌道炮。

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ 電磁軌道炮的電磁學原理

  從技術原理上講,電磁炮和傳統火炮有著本質區別,不需要火藥燃燒產生的化學能來推進彈丸,而是基于電磁感應原理,通過電磁場產生的洛倫茲力來發射彈丸。由于不會產生化學反應,因此在理論上電磁炮發射彈丸時不會有火焰產生,也不會有煙霧和聲響。

  現在發展的軌道電磁炮就是在兩根導電軌道上加入導電的彈丸,然后給軌道通入方向相反的電流,進而在軌道間產生了磁場,而這個磁場與穿過炮彈的電流之間產生洛倫茲力,最終將彈丸發射出去。

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ 電磁軌道炮的典型結構示意圖

  這樣一來,電磁軌道炮的炮管內截面就不是傳統火炮那樣的圓形,而是矩形。然而,炮彈要在空氣中高速飛行,為了空氣阻力,通常都會采用減阻外形,例如流線形、棗核形等等,電磁軌道炮的彈丸更是采用了圓錐形。這類彈丸放在兩根軌道之間,與軌道的接觸面積小,在發射時會產生很大的電阻,造成能量損失。為了降低不必要的能量損失,人們就給彈丸加上了一個彈托,并且將彈托設計成矩形,以大幅增加和兩根軌道之間的接觸面。不僅如此,彈托還要導電。實際上,電磁軌道炮在發射彈丸時是導電軌道與導電彈托進行相互作用,產生洛倫茲力,將彈托和彈丸形成的組合體發射出去。出炮口之后,彈托和彈丸分離,這個過程類似于坦克炮發射的次口徑尾翼穩定脫殼穿甲彈。

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ 電磁軌道炮使用的彈丸和彈托組合體

  電磁軌道炮的彈丸外面所加的彈托是鋁合金制造的,目的是為了減輕彈托的重量。但是當彈托和彈丸飛出炮口的瞬間,原本在炮管內形成的電流通路就斷開了,于是就會產生瞬間的電弧。而電磁軌炮發射時需要巨大的電能,電流強度在百萬安培以上,可想而知電弧會有多大。不僅如此,電弧產生的瞬間溫度非常高,立刻就將熔點較低的鋁合金彈托表面的一部分鋁氣化,并在炮口形成一團火焰狀的高溫等離子體。所以,電磁軌道炮的炮口焰和傳統火炮發射時的炮口焰看起來相似,但實際上不是一回事。此外,電磁軌道炮發射時產生的電弧也會發出爆裂聲,并不是像理論上那樣完全無聲。不過,電磁軌道炮發射時沒有后坐力,這點倒是和理論一致。

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ BAE公司電磁軌道炮射擊試驗

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

電磁軌道炮試驗中 炮口為何會出現火焰?

▲ 通用原子公司電磁軌道炮射擊試驗

  石宏:《艦載武器》執行主編,從事軍事編輯和防務研究工作20年,在國內眾多媒體上發表過大量防務文章,并受聘為深圳衛視特約評論員、南方防務智庫顧問、云南財經大學國際工商學院一帶一路國際問題研究中心特聘研究員。著有《日本軍情》、《韓國軍情報道》。

  出品:科普中國

  監制:光明網科普事業部 《兵器知識》雜志社

  作者:石 宏

  策劃:金 赫

[ 責編:趙清建 ]
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