說電磁炮無煙無焰,試驗中炮口卻有,為什麼?

2021-01-20 兵器知識雜誌

　　網友大愚若智 等：電磁軌道炮的優點之一是射擊時無聲響、無煙霧、無炮口焰，但在很多電磁軌道炮的試驗照片中，炮口卻有非常明顯的火焰，這是怎麼回事？

　　石宏：那是由瞬間電弧產生的。
　　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，而是基於電磁感應原理，通過電磁場產生的洛倫茲力來發射彈丸。由於不會產生化學反應，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，然後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，通常都會採用減阻外形，例如流線形、棗核形等等，電磁軌道炮的彈丸更是採用了圓錐形。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託，並且將彈託設計成矩形，以大幅增加和兩根軌道之間的接觸面。不僅如此，彈託還要導電。實際上，電磁軌道炮在發射彈丸時是導電軌道與導電彈託進行相互作用，產生洛倫茲力，將彈託和彈丸形成的組合體發射出去。出炮口之後，彈託和彈丸分離，這個過程類似於坦克炮發射的次口徑尾翼穩定脫殼穿甲彈。

　　▲ 電磁軌道炮使用的彈丸和彈託組合體
　　電磁軌道炮的彈丸外面所加的彈託是鋁合金製造的，目的是為了減輕彈託的重量。但是當彈託和彈丸飛出炮口的瞬間，原本在炮管內形成的電流通路突然斷開，於是就會產生瞬間電弧。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託表面的一部分鋁氣化，並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。
　　不過，這些都是屬於工程技術實踐中的現象，並非電磁炮的發射原理、基本結構產生的，今後採用某些新材料和新技術後可以消除。

　　▲ BAE公司電磁軌道炮射擊試驗

　　▲ 通用原子公司電磁軌道炮射擊試驗

　　本文由《兵器知識》雜誌社與科普中國·光明網軍事科技前沿聯合出品。


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