電炮

電炮

電炮:是使用電能代替或者輔助化學推進劑發射炮彈的裝置稱為電炮。是利用電能加速超高速投射體的一種高速動能武器,用於艦艇防空、反導和陸、空軍反裝甲作戰,包括利用洛倫茲力加速投射體的電磁炮和利用電流產生熱能使液體或固體。

(圖)電炮電炮

使用電能代替或者輔助化學推進劑發射炮彈的裝置稱為電炮。電炮能突破常規炮彈初速代於2000米/秒的界限,因此炮彈速度高,射程遠,精度高,動能(破壞力)大。電炮分為“電磁炮”和“電熱炮”兩類。 電磁炮是利用電磁力推進彈頭到每秒50公里的超高速狀態,常規武器望塵莫及,具有戰略性武器的功能,分軌道炮、線圈炮重接炮三種形式。電熱炮是利用電熱能量來推動彈頭,最高射速每秒約3公里左右(傳統火炮每秒2公里),可作為戰術武器使用,分直熱式和間熱式兩種形式。

簡介

電炮是利用電能加速超高速投射體的一種高速動能武器,用於艦艇防空、反導和陸、空軍反裝甲作戰,包括利用洛倫茲力加速投射體的電磁炮和利用電流產生熱能使液體或固體氣化產生壓力加速投射體的電熱炮。
電磁炮採用電磁推進技術,將帶有通電中樞的投射體置於電磁推進裝置、直線加速器或其它直線磁場內,利用電磁相互作用力即洛倫茲力使投射體加速向前運動。這個投射體可以是炮彈、飛彈、火箭衛星等,其控制和電子系統要能夠承受1~106g加速度的衝擊。
電磁炮初速高,在地面發射的投射體初速一般不超過5~10km/s。若速度過大,則空氣阻力大而使速度下降過快和燒蝕過大。電磁炮作為近程防空武器有很大的優越性,在5km的射程內,若用初速為4km/s的電磁炮攻擊飛行速度500m/s的飛機時僅需2s左右,其脫靶誤差可降低90%,擊毀機率接近100%。
電磁炮分為導軌炮和感應炮。導軌炮由兩根平行的導軌發射。帶有中樞的炮彈在導軌之間滑動、發射時,加速器將巨大的瞬時電流經過一根導軌經中樞流向另一根導軌時,在導軌之間形成強磁場,中樞受洛倫茲力推動炮彈前進。

電熱炮有一個類似常規炮的圓筒形炮膛,在炮膛的後端裝有特殊材料(如聚乙烯),在電弧作用下蒸發膨脹,形成電漿推動炮彈前進。它可作為電磁炮的前置級,也可單獨成武器。電熱炮作為一種反應極快的攻防兩用的高速動能戰術武器,用於增程的反裝甲作戰,射程3~5km。
美、俄等國都投入大量資金和人力進行電磁炮和電熱炮研究,並取得了重大進展。1977年首次把3g投射體加速到5.9km/s的初速。1989年把重1.1kg的投射體加速到3.5km/s的初速。近幾年來,在美陸軍進行的試驗中,已經能以2.732km/s的初速發射2.3kg的投射體,電熱炮的初速達10km/s。德國已研製出20mm和45mm口徑的試驗用電熱炮,投射體初速分別為2.374km/s和2.54km/s。
90年代初,美國電炮技術就已經取得重大進展。電磁軌道炮和電熱炮的出口動能達到約10MJ,初速約3km/s。美國陸軍聚焦技術計畫(FTP)要求大約用5年時間,投資5億美元將出口動能提高到20MJ,初速達到3~4km/s,投資2.2億美元,製造一種預研樣機並使其具有一定的重複發射能力;然後再用兩年時間進行試驗和改進,進入全尺寸技術演示驗證階段,執行先進技術演示(ATD)計畫,從一般性武器化研究轉向滿足於防空、反導、反裝甲和其它武器系統使用要求。

原理

(圖)超電磁炮超電磁炮

使用電能代替或者輔助化學推進劑發射炮彈的裝置為 電炮。電炮能突破常規炮彈初速低於2000米/秒的界限,因此炮彈速度高,射程遠,精度高,動能(破壞力)大。電 炮可分為電磁炮和電熱炮兩大類。電磁炮完全依靠電磁能發射炮彈,又分為導軌炮和線圈炮兩種。

導軌炮(railgun) 的工作原理是:

炮彈位於兩根平行的銅製導軌中間,當強電流從一根導軌經炮彈底部的電樞流向另一根導軌時, 在兩根導軌之間形成強磁場,磁場與流經電樞的電流相互作用,產生強大的電磁力(洛侖茲力),推動炮彈從導軌之間發射出去,理論上初速可達6000~8000米/秒。導軌炮 的優點是結構簡單。

線圈炮(coilgun)的工作原理是:

炮管由許多個同口徑、同軸線圈構成,炮彈上嵌有線圈。當 向炮管的第一個線圈輸送強電流時形成磁場,炮彈上的線圈感應產生電流,磁場與感應電流相互作用,推動炮彈 前進;當炮彈到達第二個線圈時,向第二個線圈供電,又推動炮彈前進,然後經常第三個、第四個線圈……直至 最後一個線圈,逐級把炮彈加速到很高的速度。線圈炮的優點是炮彈與炮管(線圈)間沒有摩擦,能發射較重的炮彈,電能轉換成動能的效率較高,但供電比較複雜。電熱炮可細分為純電熱炮(electro thermalgun)和電熱化學炮(electro thermal chemicalgun)。向電熱炮輸入大電流,在炮彈內產生等離 子體,加熱分子量小的惰性工作流體使之急速膨脹,把炮彈發射出去,這就是純電熱炮,發射炮彈的能量全部來自 電能。如果用碳氫化合物燃料加過氧化氫氧化劑代替惰性工作流體(也可用鋁、鈦與水組成的膏劑甚至固態化學物質作工質),在電漿作用下,工作流體發生化學反應產生能量發射炮彈,這就是電熱化學炮。這種炮的發 射能量20%來自電能,80%來自化學反應。電熱炮的優點是可用常規火炮改裝,能將重量較大的炮彈發射到2200~ 2500米/秒的高速。電熱炮的炮彈速度比電磁炮的炮彈速度慢,而且可以控制,所以可發射制導炮彈。研製電炮首 先要解決能量密度的脈衝電源問題,其次要有能承受百萬安培強電流的材料和結構,還要研製電流的輸送和控 制方法、高速飛行時炮彈的穩定性等技術問題,以及如何把各部分綜合成武器的問題。電磁炮目前尚處於研究 階段,離實戰要求還有相當的距離。美國曾用電磁炮發射一顆3克重的彈妨丸,速度達到11000米/秒;美國和以 色列聯合研製的電熱化學炮,1993年進行首次發射,炮彈重6.7公斤,初速達2000米/秒。電炮將來可能用作坦克主 炮、反坦克武器和艦艇的近程防禦武器。美國還在進行用電炮發射衛星和用作艦載飛機起飛的彈射裝置的研究 。

分類

(圖)電熱炮示意圖電熱炮示意圖

電熱炮可細分為純電熱炮(electrothermal gun)和電熱化學炮(electrothermal chemical gu-n)。電炮可分為電磁炮和電熱炮兩大類。電磁炮完全依靠電磁能發射炮彈,又分為導軌炮和線圈炮兩種。
向電熱炮輸入大電流,在炮彈內產生電漿,加熱分子量小的惰性工作流體使之急速膨脹,把炮彈發射出去,這就是純電熱炮,發射炮彈的能量全部來自電能。如果用碳氫化全物燃料加過氧化氫氧化劑代替惰性工作流體(也可用鋁、鈦與水組成的膏劑甚至固態化學物質作工質),在電漿作用下,工作流體發生化學反應產生能量發射炮彈,這就是電熱化學炮。這種炮的發射能量20%來自電能,80%來自化學反應。電熱炮的優點是可用常規火炮改裝,能將重量較大的炮彈發射到2200-2500米/秒的高速。電熱炮的炮彈速度比電磁炮的炮彈速度慢,而且可以控制,所以可發射制導炮彈。

研製電炮首先要解決能量密度高的脈衝電源問題,其次要有能承受百萬安培強電流的材料和結構,還要研究電流的輸送和控制方法、高速飛行時炮彈的穩定性等技術問題,以及如何把各部分綜合成武器的問題。

電炮將來可能用作坦克主炮反坦克武器和艦艇的近程防禦武器。美國還在進行用電炮發射衛星和用作艦載飛機起飛的彈射裝置的研究。

套用

(圖)電炮電炮

美國電炮的套用如下:
1.戰區彈道飛彈防禦戰術彈道飛彈典型的助推段飛行時間是50~150s。要實現助推段攔截,防禦系統由探測到發射的反應時間一般不應超過10~20s。電炮的一個重要特點是初速快。假定射彈的初速能達到4km/s,射彈飛行30~130s,若大氣阻力和飛行路徑彎曲造成的距離損失因目標飛彈迎著射彈飛行而能得到補償,它大致可攔截120~520km以遠處發射的仍處於助推段的戰術彈道飛彈。助推段反導要採用受控彈頭,需要解決耐衝擊負載、高速末段尋的、破壞機制一系列問題等。美國有這方面的技術儲備,也許在下世紀初能形成助推段反導的電磁炮演示能力。美國陸軍認為,根據聚焦技術計畫,若裝備10輛電磁炮坦克,分散配置,足以覆蓋450000km2的伊拉克領土。它除用於助推段反導外,還可攻擊飛彈發射架之類的地面目標。
在電炮用於戰區反導方面,美國陸軍與以色列也有合作。其中包括租用以色列105mm電熱炮進行外場發射試驗,該炮的射彈質量1.5kg,出口速度2.5km/s。美國陸軍構想將以色列的電熱炮與美國通用電氣公司的D-2射彈結合起來,進一步發展成戰區飛彈防禦武器
2.低空近程防空電炮用於低空近程防空,可採用導軌炮發射無控射彈或電熱炮發射受控彈頭。攔截的目標包括各種戰術飛彈、無人機、直升機低空飛行的固定翼飛機。
研究表明,採用無控射彈在命中機率保持不變的前提下,為了增加攔截距離,最有效的途徑是提高射彈初速,而不是增加射彈質量,對出口動能的要求明顯下降。因此,採用無控射彈進行低空近程防空時,一般用初速高的導軌炮和質量小、形體小的重合金長棒形射彈。無控射彈用於低空近程防空,攔截距離不超過5km,射彈初速3~4km/s,射彈質量約100g,一次連射不少於10~20發。
用電熱炮發射質量較大的受控彈頭,攔截高速機動的低空近程目標的研製也已取得進展。美國食品機械與化學公司1993年曾向美海軍水面作戰中心(NSWC)交付了一門口徑60mm的電熱炮,能以200發/min的發射頻率連續發射10發質量為2.75kg的可控炮彈,初速1.4km/s,出口動能約2.7MJ。該炮擬用作艦艇近程防空,攔截高速機動的反艦飛彈。美空軍計畫用該電熱炮裝備A-10那樣的近距支援飛機,以摧毀5km以外的地面裝甲目標。1994年後開始打靶試驗,一組發射5發彈,炮彈飛離炮口後按指令控制飛行,命中機率達到90%。

電炮可能用作坦克主炮、反坦克武器和艦艇的近程防禦武器。美國還在進行用電炮發射衛星和用作艦載飛機起飛的彈射裝置的研究。

中國超高速電炮問世

(圖)中國超高速電炮中國超高速電炮

西方媒體把中國磁流體噴水推進潛艇炒的沸沸揚揚,磁流體噴水推進潛艇的技術是目前世界最先進的潛艇技術,現今只有德國掌握。西方之所以關心中國的磁流體噴水推進潛艇,是因為崛起的新中國海軍正走向大洋,正對他們的海上霸權提出挑戰。然而西方媒體忘記了一件重要的事情,磁流體噴水推進潛艇的主要技術超導技術正在被中國用於超高速電炮的設計。2006年8月,中國軍方在內蒙古炮兵靶場對超高速電炮進行了首次實驗,25公斤的彈丸被發射到250公里以外的預定區域,實驗獲得圓滿成功。目前,中國設計師正在對超高速電炮進行改進,主要是加大彈丸的發射重量,以達到發射50公斤級以上制導炮彈的水平。

中國超高速電炮研究已達17年之久,獲得突破時間在2001年底。2001年5月,北京有色金屬研究總院2001年在京宣布,其承擔的國家“九五”重點科研項目“大面積雙面高溫超導薄膜”通過國家評審驗收。北京有色金屬研究總院是中國唯一將大面積雙面超導薄膜套用於器件的材料研究單位,具有穩定提供一定數量大面積優質雙面薄膜的能力,實現了中國高溫超導薄膜產業化生產。隨即,這項技術被套用於電磁領域,使中國超高速電炮研究突飛猛進。

經過17年的研究和實驗,中國的新概念武器“超高速動能電炮”的研製於2006年進入最後試用階段,即將問世。中國超高速電炮研究,雖起步稍晚,但在其先進的超導技術支持下進展迅速,現在世界一些主要的國家如美、俄等,都在研究這種新概念武器,,中國電磁發射技術並不比先進國家落後,更有可能首先擁有和使用這種超高速動能武器。

價值所在

(圖)電炮電炮

現代技術條件下,若使用電磁發射同樣的有效載荷,其成本僅是化學火箭的1/10左右。除了軍事用途外,電磁發射技術在航天領域可用作地對空的定向發射和純有效載荷,也可在天基推動太空飛行器進行軌道轉移。在交通領域,用電磁發射原理製造電磁列車,使用原鐵路軌道,其成本僅是磁懸浮車的1/4。在工業方面,可用其原理製造電磁抽油機,代替目前油田的機械抽油機,從而大幅提高抽油效率及降低成本。在海軍方面,還可以製造磁流體噴水推進艦船。

電炮有能源簡易、無污染、成本低、效率高、可控性好、性能穩定、後坐力小、發射時無煙霧火光及衝擊波、隱蔽性強等優點,還可在一個多級發射器中同時推進幾個射彈,大大增強戰鬥威力。不僅可發射克級重量的小彈頭,還可發射噸級重量的超級射彈,令打擊威力和穿透力均大大增強。在實驗中,中國電炮已能使能使彈頭在離開炮管時就達到每秒3至50公里的高速和超高速。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們