神马作文网怎样制作电磁炮
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/11/17 03:21:27
怎样制作电磁炮
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程．因而引起了世界各国军事家们的关注．自80年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分.
基本原理
电磁炮的原理非常简单,19世纪,英国科学家法拉第发现,位于磁场中的导线在通 电磁炮原理示意图
电时会受到一个力的推动,同时,如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动,导线上也会产生电流.这就是著名的法拉第电磁感应定律.正是根据这一定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机,它也是电磁炮的基本原理,或者说,电磁炮不过是一种比较特殊的电动机,因为它的转子不是旋转的,而是作直线加速运动的炮弹. 那么如何产生驱动炮弹的磁场,并让电流经过炮弹,使它获得前进的动力呢?一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道,中间放置炮弹,使电流可以通过三者建立回路.把这个装置放在磁场中,并给炮弹通电,炮弹就会加速向前飞出.在1980年,美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮基本就是这样的结构.它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米.如果是在真空中,这个速度还可提高到每秒8~10千米,这已经超过了第一宇宙速度,具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格.
技术问题
将这一理论上的可能变为实际,还需要解决以下几个问题：首先,那台实验电磁炮的加速度太大,人无法承受.这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间.然而这必须以采用更长的轨道为代价.由于人体只能承受大约3倍重力加速度的长时间加速,满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度(经计算,为达到第一宇宙速度,约需1000千米!)在技术上难以实现. 第二,如果把电磁炮水平安装在地面上,飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速,难以顺利达到环绕地球轨道,为此,用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅. 第三,目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大,这是加速能力不足造成的.加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比,要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体.用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术,但超导磁体需要冷却到很低温度(如液氦温度,约-269°C)才能发挥作用,这对于军事应用是个问题,因为会大大降低发射装置的灵活性,但作为固定使用的航天发射装置,基本上可以不必考虑这些,而且如果高温超导强磁体能够研制成功,对低温条件的要求也可放宽. 电磁炮原理
关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关,因为在磁场不够强的情况下,要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流.于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦.幸好这些麻烦对于航天发射不太重要,因为作为武器的电磁炮得严格限制长度,而作为发射工具,几千米甚至十几千米的炮身并不算问题,只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了. 此外,延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低.经过计算,用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度,加速度是重力加速度的600倍,这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了,可人显然还是无法忍受,而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造,因此用电磁炮发射人的想法还是放弃算了. 最后,有人觉得建造公里级长度,配备强磁场的加速轨道可能会有技术困难,但这只是不了解人类现有技术水平的臆测,实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米,甚至几十千米长的加速和聚能环.而且它们除了对环道施工的精度要求极高外,各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场.换句话说,在建造宇宙电磁炮的基本技术方面,人们早已充分掌握了,仅仅是所用领域不同而已.真正的困难倒是,从来没谁把超级加速器放在高寒山区,而且青藏高原的交通条件目前也不大好. 至于电磁炮的发射成本,如果不考虑产生强磁场的低温液体费用,仅仅是电和不可回收的炮弹壳体而已,日常维护成本也大概和同长度的高速地铁相仿,最多开口处一小段需要要配备专职扫雪人员,要么加个活动盖子,也就都解决了.
在1845年,查尔斯·惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机,并用它把金属棒抛 用电磁炮发射宇宙飞船的设想图
射到20米远.此后,德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造"电气炮"的设想.而第一个正式提出电磁发射／电磁炮概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰.他在1901年获得了"电火炮"专利.1920年,法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章.几乎同时,美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器.二战期间,在军事需求的刺激下,德国、日本都研制过电磁炮.德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里／秒的初速.但是在2战后,关于电磁炮的消息就比较少了,人们似乎更加关心磁悬浮与高温超导技术了.纠其原因,大概是解决不了瞬时巨大能源供应的稳定性和小型化问题,20世纪70年代,澳大利亚国立大学的查里德·马歇尔博士运用新技术,把3克弹丸加速到了5.9公里／秒.这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的.他的成就1978年公布后,引起了各国军方的特别关注,美国国防委员会得出"未来高性能武器必然以电能为基础"的结论.美国防部成立了"电磁炮联合委员会",协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电炮研究工作.1992年,美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验.电磁炮从实验室到靶场说明,电源小型化技术已有所突破.
下面是动漫《魔法禁书目录》画《某科学的超电磁炮》中御坂美琴能力超电磁炮的解释（个人认为从科学角度讲没有任何意义）
超电磁炮,原理和电磁浮列车一样,就是利用超强的电磁铁,将金属制炮弹打出去的舰载武器.美琴手中的虽然只是一枚硬币,但是如果以三倍于音速的速度射出的话,同样可以造成威力惊人的破坏力（因为摩擦热在一瞬间将硬币燃烧殆尽,射程约为五十米左右）.
其实御坂的电磁炮应该是电磁加热硬币利用热能发射,真实的射程应远远不止50M,但因为其并没有遵守任何一种真正电磁炮的发射原理,而3倍音速的初速也只相当于步枪的枪口初速（约1千米/秒左右）,因此放到现实中可能连坦克装甲都不能打穿.
线圈炮
基本原理
电磁炮的原理非常简单,19世纪,英国科学家法拉第发现,位于磁场中的导线在通 电磁炮原理示意图
电时会受到一个力的推动,同时,如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动,导线上也会产生电流.这就是著名的法拉第电磁感应定律.正是根据这一定律人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机,它也是电磁炮的基本原理,或者说,电磁炮不过是一种比较特殊的电动机,因为它的转子不是旋转的,而是作直线加速运动的炮弹. 那么如何产生驱动炮弹的磁场,并让电流经过炮弹,使它获得前进的动力呢?一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道,中间放置炮弹,使电流可以通过三者建立回路.把这个装置放在磁场中,并给炮弹通电,炮弹就会加速向前飞出.在1980年,美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮基本就是这样的结构.它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米.如果是在真空中,这个速度还可提高到每秒8~10千米,这已经超过了第一宇宙速度,具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格.
技术问题
将这一理论上的可能变为实际,还需要解决以下几个问题：首先,那台实验电磁炮的加速度太大,人无法承受.这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间.然而这必须以采用更长的轨道为代价.由于人体只能承受大约3倍重力加速度的长时间加速,满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度(经计算,为达到第一宇宙速度,约需1000千米!)在技术上难以实现. 第二,如果把电磁炮水平安装在地面上,飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速,难以顺利达到环绕地球轨道,为此,用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅. 第三,目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大,这是加速能力不足造成的.加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比,要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体.用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术,但超导磁体需要冷却到很低温度(如液氦温度,约-269°C)才能发挥作用,这对于军事应用是个问题,因为会大大降低发射装置的灵活性,但作为固定使用的航天发射装置,基本上可以不必考虑这些,而且如果高温超导强磁体能够研制成功,对低温条件的要求也可放宽. 电磁炮原理
关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关,因为在磁场不够强的情况下,要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流.于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦.幸好这些麻烦对于航天发射不太重要,因为作为武器的电磁炮得严格限制长度,而作为发射工具,几千米甚至十几千米的炮身并不算问题,只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了. 此外,延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低.经过计算,用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度,加速度是重力加速度的600倍,这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了,可人显然还是无法忍受,而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造,因此用电磁炮发射人的想法还是放弃算了. 最后,有人觉得建造公里级长度,配备强磁场的加速轨道可能会有技术困难,但这只是不了解人类现有技术水平的臆测,实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米,甚至几十千米长的加速和聚能环.而且它们除了对环道施工的精度要求极高外,各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场.换句话说,在建造宇宙电磁炮的基本技术方面,人们早已充分掌握了,仅仅是所用领域不同而已.真正的困难倒是,从来没谁把超级加速器放在高寒山区,而且青藏高原的交通条件目前也不大好. 至于电磁炮的发射成本,如果不考虑产生强磁场的低温液体费用,仅仅是电和不可回收的炮弹壳体而已,日常维护成本也大概和同长度的高速地铁相仿,最多开口处一小段需要要配备专职扫雪人员,要么加个活动盖子,也就都解决了.
在1845年,查尔斯·惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机,并用它把金属棒抛 用电磁炮发射宇宙飞船的设想图
射到20米远.此后,德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造"电气炮"的设想.而第一个正式提出电磁发射／电磁炮概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰.他在1901年获得了"电火炮"专利.1920年,法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章.几乎同时,美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器.二战期间,在军事需求的刺激下,德国、日本都研制过电磁炮.德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里／秒的初速.但是在2战后,关于电磁炮的消息就比较少了,人们似乎更加关心磁悬浮与高温超导技术了.纠其原因,大概是解决不了瞬时巨大能源供应的稳定性和小型化问题,20世纪70年代,澳大利亚国立大学的查里德·马歇尔博士运用新技术,把3克弹丸加速到了5.9公里／秒.这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的.他的成就1978年公布后,引起了各国军方的特别关注,美国国防委员会得出"未来高性能武器必然以电能为基础"的结论.美国防部成立了"电磁炮联合委员会",协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电炮研究工作.1992年,美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验.电磁炮从实验室到靶场说明,电源小型化技术已有所突破.
下面是动漫《魔法禁书目录》画《某科学的超电磁炮》中御坂美琴能力超电磁炮的解释（个人认为从科学角度讲没有任何意义）
超电磁炮,原理和电磁浮列车一样,就是利用超强的电磁铁,将金属制炮弹打出去的舰载武器.美琴手中的虽然只是一枚硬币,但是如果以三倍于音速的速度射出的话,同样可以造成威力惊人的破坏力（因为摩擦热在一瞬间将硬币燃烧殆尽,射程约为五十米左右）.
其实御坂的电磁炮应该是电磁加热硬币利用热能发射,真实的射程应远远不止50M,但因为其并没有遵守任何一种真正电磁炮的发射原理,而3倍音速的初速也只相当于步枪的枪口初速（约1千米/秒左右）,因此放到现实中可能连坦克装甲都不能打穿.
线圈炮