電磁炮如果發射的是帶葯彈頭,威力會如何?


電磁炮的原理是「利用電磁力(洛侖茲力)來高速推動彈丸的武器」,這種推動的速度最快能達到7-8倍音速,射程最遠可達400海里。由於彈丸的速度遠遠高於傳統火炮的速度,電磁炮除了可以用來打擊陸地、海上軍事目標外,還可以結合先進的火控系統用來攔截飛機、導彈等高速移動目標。

BAE公司測試高速炮彈

電磁炮可分為以下幾種結構:

①線圈炮——線圈炮又稱交流同軸線圈炮.它是電磁炮的最早形式,由加速線圈和彈丸線圈構成,工作原理是根據通電線圈之間磁場的相互作用原理產生的,由於加速線圈固定在炮管當中,當它通入交變電流時,產生的交變磁場就會在彈丸線圈中產生感應電流,感應電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用,產生磁場力,使彈丸加速運動並發射出去。

美軍電磁炮測試

②軌道炮——軌道炮的原理是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發射出去,它由兩條平行的長直導軌組成,導軌間放置一塊質量較小的滑塊作為彈丸。當兩軌接入電源時,強大的電流從一導軌流入,經滑塊從另一導軌流回時,在兩導軌平面間產生強磁場,通電流的滑塊在安培力的作用下,彈丸會以很大的速度射出,這就是軌道炮的發射原理。

③電熱炮——電熱炮的原理完全不同於上述兩種電磁炮,其結構也有多種形式,最簡單的一種是採用一般的炮管,管內設置有接到等離子體燃燒器上的電極,燃燒器安裝在炮後膛的末端。當等離子體燃燒器兩極間加上高壓時,會產生一道電弧,使放在兩極間的等離子體生成材料(如聚乙烯)蒸發。蒸發後的材料變成過熱的高壓等離子體,從而使彈丸加速發射。

重接炮——重接炮是一種多級加速的無接觸電磁發射裝置,沒有炮管,但要求彈丸在進入重接炮之前應有一定的初速度。其結構和工作原理是利用兩個矩形線圈上下分置,之間有間隙。長方形的「炮彈」在兩個矩形線圈產生的磁場中受到強磁場力的作用,穿過間隙在其中加速前進。重接炮是電磁炮的最新發展形式。



BAE公司高速炮彈3倍音速測試的裝置

電磁炮的炮彈與傳統火炮的炮彈有區別,傳統炮彈使用彈頭的裝葯破片進行殺傷,而電磁炮彈則利用高速撞擊的方式進行殺傷。傳統炮彈的出膛速度最高約3倍音速,而電磁炮彈出膛的速度理論上可達到7-8倍的音速,彈丸在如此高速的狀態下進行殺傷就像利刃切豆腐,所以電磁炮彈里根本不用裝炸藥,光靠撞擊就有足夠驚人的破壞力。當然電磁炮彈還有其他好處,就是被擊中了或人為破壞也不會產生二次爆炸,非常安全。所以現在美國海軍也正在考慮換裝無須裝葯的高速射彈。



BAE公司生產的HVP高速炮彈

在2017年9月12日到15日倫敦召開的英國防務裝備展上,英國BAE宇航系統公司展示了他們研製的HVP高速炮彈(HVP雖然是BAE公司研製的,但它是美國國防部的項目)。HVP高速炮彈擁有圓錐體外形,自身沒有裝葯,性能與優勢卻非常突出,它能兼容美歐傳統現有的大部分火炮。HVP高速射彈擁有多個型號,將率先用於更新美國海軍的MK45型艦炮。根據BAE公司提供的官方介紹,HVP高速炮彈有包括127毫米、155毫米自行榴彈炮和電磁軌道炮的炮彈類型,射程遠適用面廣性能出色。美軍打算用HVP高速炮彈來執行反艦、陸攻、防空和反導等多重任務。HVP高速炮彈的飛行速度可達3倍音速,超過MK-45型127毫米艦炮的炮彈的打擊效果。美國海軍計劃在2020年至2023年時採用HVP艦炮來換裝現有的127毫米炮彈。

美國電磁炮測試

在2016年度我國國家科學技術獎勵大會上,有66項成果獲得了國家技術發明獎項目,其中有一項名為「活性毀傷元技術」的項目獲得了二等獎。這種「活性毀傷元技術」是一種新型的戰鬥部材料技術。我們發明的新型爆炸材料毀傷元,既具有類似金屬的力學強度,又含有與高能炸藥相當的化學能,還具有與惰性材料類似的安全性,可以直接機械加工,只有高速命中目標後才會發生爆炸。以前的惰性金屬毀傷元只能通過純動能毀傷目標,而這種新型材料毀傷元具備動能穿孔和爆炸作用的雙重毀傷能力,威力會成倍性提升。」該型材料具備動能穿孔和爆炸作用雙重毀傷機制,高速命中目標發生爆炸,其爆炸原理應當來自材料與硬質物體高速撞擊的能量。要發揮新型破片最大殺傷力,最好是目標外部結構強度較弱,容易被貫穿,內部又有結構強度 較高的目標,在被撞上後可以引爆毀傷元件。"活性破片是一種亞穩態爆炸性固體毀傷元,其特點是在准靜態載荷作用下保持穩定,而在強碰撞載荷作用下會發生劇烈爆炸性反應,其配方通常包括鋁熱劑、金屬間化合物、金屬/聚合物混合物、亞穩態分子間複合物、複合材料和氫化物等,目前最常用的活性材料為金。相信在不久的未來,這種技術將被應用到我國的新型超高速炮彈或電磁炮彈中。


電磁炮發射帶裝葯的彈頭。理論上是可行的。

現在的電磁炮利用電池加速原理通過洛倫茲力推動彈頭前進,是一個簡單的電能轉化成動能的裝置,很類似於我們日常工作中用到的直線電機。

目前各國的電磁炮都在強調一個彈丸初速,利用電磁加速一個實心的金屬彈丸進行遠程打擊。整體上還是在一個理論實驗階段。實驗的目的也是我要用電磁炮打出幾馬赫的初速度。

電磁炮只能維持一個很高的發射初速度是一個誤區。電磁炮利用電能轉化為動能的好處之一就是電量是可調節的,線圈中的電流越強則彈丸所受到的加速度越高,反之則可以用很低的加速度去驅動彈頭保證彈頭內的部件不被損壞。

目前美軍所披露的最強電磁炮裝置其炮口速度是5馬赫,換算成在電磁炮內炮彈所收到的加速度大約為60000G,如果將炮管延長並減小電流就可以保持一定的初速度並降低彈丸內部結構所收到的損傷。可以簡單的換算以下,一般的坦克炮炮口速度是900-1400米,為2.5-3馬赫的初速。在坦克炮的加速度上計算大約就是10000G左右的感覺。並且,傳統火炮的膛壓是一個變數,參考下圖表

上圖是一個105mm榴彈炮的內膛壓和彈丸行程圖表,我們會發現隨著發射葯在激發的瞬間就已經達到了最大的膛壓,但全部7英尺的膛內行程內,最大膛壓僅僅出現在前半英尺的距離內,隨後就是膛壓(也就是加速度)的急劇降低。如果是電磁炮我們可以讓最大加速度保持在全部的內彈道行程內。因此即便是相同的彈丸相同的身管長度我們也可以使彈丸獲得更高的加速度。

全程保持最大加速度才是電磁炮相對於傳統火炮最最本質上的優勢。

回到題主的問題,由於電磁炮功率可調電磁炮發射傳統彈頭是完全可行的,帶來的最大好處是射程的大幅度提高。因為傳統彈頭設計已經考慮了在膛內承受最大膛壓的問題,如果是電磁炮完全可以使用。但 不會是傳統實心金屬的5馬赫。太大的差異或許很難完成。

對於發射東風快遞的彈頭以東風21的彈頭來說,東風21的彈頭凈重大約是625公斤,尺度上比電磁炮常用的幾公斤或者十幾公斤尺度的金屬炮彈要重得多。而且東風21的再入段速度達到了驚人的8馬赫,相對於目前電磁炮的炮口速度的5馬赫更高的上了一個層級,如果電磁炮可以做到末段速度8馬赫其他戰術指標與東風21相似目前還是不可能的。

原因有二

第一,東風21的加速時間更長,而電磁炮的加速在脫離了炮口範疇後就沒有任何加速度了。因此在電磁炮發射彈頭離開炮口的速度需要遠遠大於8馬赫。由於彈頭速度過快,會與大氣摩擦使彈頭周圍的空氣行程電離層。電離層是會使彈頭在無線電信號範疇內與電離層之外進行隔絕——也就是形成了人們常說的黑障。隔絕後彈頭不可控會嚴重喪失彈頭的準確性。

第二,由於彈道導彈的設計所達到的速度往往是通過火箭發動機長時間的加速而獲得的,並且在末端通過勢能轉化為動能,因此這樣的加速相比電磁炮的加速來說是時速100公里的大卡車撞一下和清風拂面的區別因此彈道導彈的彈頭往往不能經受住這樣如此巨大的加速度。如果加強結構就勢必降低了威力,在設計上就有些得不償失了。


從現有的技術條件看,目前電磁炮還不具備發射帶葯彈頭的能力。此前,各國研究發射的多為實心全金屬彈丸,而俄羅斯則研發了塑料的無裝葯彈丸。

帶葯彈頭必然會涉及到使用電子原件、化學裝葯,由於電磁炮在給彈丸加速過程中使用的是超高壓電,所以很難保證在發射過程中電子原件的完好程度。考慮到電磁炮發射時加速度驚人的加速度,任何電子原件在如此惡劣環境中都無法保證正常工作。當然也有一部分人認為這是可行的,不過如果化學裝葯的彈丸一旦在發射過程中發生意外那可就太危險了。

這裡需要搞清楚的是,電磁炮的原理是使用動能擊毀敵方目標,而不是爆炸產生的威力。電磁炮是利用電流產生的磁場給彈丸極大的加速度,賦予彈丸極大的動能。所以電磁炮的彈丸是無需裝葯的,即便是希望在撞擊時同樣採取爆炸的方式擊毀目標,仍然不可以採取裝葯的方式。科學家正在研發一種金屬材料,既可以當作金屬彈丸,又可以產生爆炸的效果。小編認為這才是所謂的「帶葯彈頭」。據悉,我國科學家這方面已走在了世界的前列。

聯想到俄羅斯研發的電磁炮塑料彈丸,如果將此種類型彈丸和我國科學家研製的可爆炸的金屬材料結合,這種彈丸無疑即具備了金屬彈丸的強度,又可以產生爆炸的效果,一定是非常好用。


可以但目前用處優勢不大。

電磁炮當然可以裝彈藥,但到底怎樣跟更合算?炮彈速度有兩層涵義,初速度和射速頻率,最終是毀傷程度和毀傷成本。炮彈初速高,彈道更直,直瞄更准,毀傷動能更大,砸爛砸穿目標更容易。打飛機足夠了。如果在裝上彈藥。當然可以。但是整個炮彈質量重量增加,初速都會降低,彈道曲線會更彎,直瞄精準度會下降。別的倒沒啥。電磁炮只相當於底火兒。


電磁炮分為電磁線圈炮與電磁軌道炮,電磁線圈炮結構較複雜,線圈產生的磁流與彈體產生的感應電流相互作用,推動彈體運動,多極電磁線圈把炮彈加速到極速,電磁線圈炮可以裝帶葯彈頭,其射程也更遠,威力比普通炮彈大;而電磁軌道炮結構簡單,需要通過大量的電流產生推力,電流會在炮彈上產生極高的溫度,因此電磁軌道炮彈是不可以裝炸藥的 ,否則會引起爆炸,它只能通過極高的速度(5~8倍音速)撞擊目標,讓目標損毀。馬偉明已經說了電磁彈射技術可以應用在火箭導彈發射、磁懸浮列車等領域,用電能代替化學能,這樣可大大降低成本,更環保、性能更高。


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