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電磁軌道炮的原理和應(yīng)用前景

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電磁軌道炮存在的缺陷

電磁軌道炮的缺點之一是對供電要求很高,而且要求幾乎在瞬間產(chǎn)生非常大的電流。于是,大型電磁軌道炮,尤其是32MJ以上的電磁軌道炮至少在相當(dāng)長的時期內(nèi)不大可能用空中平臺發(fā)射,只能在大型水面戰(zhàn)艦上使用。但是目前水面部隊大大小小的戰(zhàn)艦也將難以裝備電磁軌道炮,除非戰(zhàn)艦的發(fā)電能力顯著增加。美國海軍計劃在2016年演示并在21世紀20年代初期將可能成熟的32MJ電磁軌道炮需要15~30MW的功率,才能達到每分鐘6~10次的最大發(fā)射率。這是比計劃中的Flight-III DDG-51型(12MW)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦和現(xiàn)在的Flight-IIA DDG-51型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦或?qū)椦惭笈灒▋烧叨际?MW)的總輸出功率還大。較小的電磁軌道炮可以由儲能設(shè)備,例如電容器供電,就可能直接利用這些艦上電氣系統(tǒng)支持,但在需要重新充電之前其射擊次數(shù)是有限的,這限制了它在持續(xù)作戰(zhàn)時的使用。

DDG1000電磁炮

電磁軌道炮存在的另一個問題是大電流對導(dǎo)軌的燒蝕嚴重,因為在發(fā)射時它的炮彈必須在用作電極的導(dǎo)軌上滑行,由于電磁軌道炮是在兆安級的強脈沖電流的條件下加速彈丸的,導(dǎo)軌材料要能經(jīng)受瞬時極大的熱流沖擊。如果要將炮彈加速到極高的速度,不可避免地會導(dǎo)致軌道嚴重?zé)g而影響其使用壽命。因此,對其所用材料的要求很嚴格,包括導(dǎo)軌材料、絕緣材料、彈丸材料等。導(dǎo)軌材料首先要有好的抗燒蝕性能,在高溫下能保持較強的硬度,且不變形。同時其導(dǎo)電性能要好,以及滑動摩擦系數(shù)要小。與導(dǎo)軌、電樞接觸的絕緣材料應(yīng)具有較強的抗電弧燒蝕性能。

電磁軌道炮的彈丸材料必須能夠承受膛內(nèi)加速時所產(chǎn)生的比傳統(tǒng)火炮高得多的加速度(約為重力加速度的幾十萬倍),還要考慮到與目標的高速撞擊,其硬度是十分重要的。而且,當(dāng)彈丸高速飛行時,它在空氣中摩擦產(chǎn)生的熱,也將會使普通材料的彈丸熔化掉。所以,彈丸材料不僅硬度要高,還要耐燒蝕。為此,近年來科學(xué)工作者做了很多改進工作。例如,有的軌道炮為了減小電流,在軌道炮的導(dǎo)軌外面增加多匝線圈以增強磁場,即稱之為線圈炮。線圈炮中的彈丸不直接同炮膛摩擦與接觸,彈丸是靠磁懸浮力運動的,因而炮管與彈丸之間不存在摩擦。而且加速力施加于整個彈丸上,從而提高了能量利用率。但線圈炮的發(fā)射初速度不如軌道炮高,它適用于尺寸和質(zhì)量較大的彈丸,如用于彈射飛行器等。

BAE電磁炮實驗

電磁軌道炮的應(yīng)用前景

由于上面提到的電磁軌道炮研制過程中遇到的一些技術(shù)問題,如電源及材料方面的問題尚未取得突破性的進展,到現(xiàn)在,也就是2016年,美國海軍電磁炮項目仍然停留在32MJ炮口動能階段。美國“戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心(CSBA)”的高級職員布萊恩·克拉克(Bryan Clark)提出:美國海軍應(yīng)將用于防御性防空戰(zhàn)的32MJ電磁軌道炮整合到能夠同航母突擊群(CSG)或兩棲作戰(zhàn)小組(ARG)一起部署的艦船上,這些艦船具有足夠的重量和空間余量用于安裝電磁軌道炮和相關(guān)的發(fā)電和冷卻系統(tǒng)。理想的情況是電磁軌道炮將裝備在新的大型水面戰(zhàn)艦上以提供防御性防空戰(zhàn)和遠程面對空的火力,但這種情況直到21世紀30年代才有可能實現(xiàn),十年后的電磁軌道炮很可能會準備就緒進入艦隊。在21世紀20年代,如聯(lián)合高速船(JHSV)或瀕海戰(zhàn)艦(LCS)等艦船可能通過增加艦載額外的電源和冷卻能力來裝備32MJ的電磁軌道炮。這將使得防御性防空作戰(zhàn)成為那些特定艦船的主要任務(wù),而該艦船將被重新分配到與大型水面戰(zhàn)艦一起行動,以保護航母突擊群(CSG)或兩棲作戰(zhàn)組(ARG)。

大于32MJ的電磁軌道炮,雖不是防御性防空戰(zhàn)所需要的,但它是一種有效的對面攻擊的武器。朱姆沃爾特級(Zumwalt-class)驅(qū)逐艦(DDG-1000)將是對面攻擊電磁軌道炮的好平臺。DDG-1000用于全艦系統(tǒng)的電力,包括推進系統(tǒng),共78.6MW。64MJ電磁軌道炮專門用于對地攻擊,它將需要約50~60MW電力用于持續(xù)射擊。這將能在對地巡航導(dǎo)彈的二分之一到三分之一的射程內(nèi)實施精確打擊,但具有更大的威力并以更高的概率搶先于敵人的防御,這是由于電磁軌道炮的彈丸小,而且以高超聲速抵達。這種整合工作也為將在21世紀30年代海軍的下一艘大型水面戰(zhàn)艦上整合電磁軌道炮提供了一個寶貴的起點。可見,美國的電磁軌道炮研究工作重點首先考慮應(yīng)用于軍艦上。

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