海军依托DDG-1000系列战舰
近年来,海军凭借DDG-1000、LCS-1、LCS-2等新一代高科技战舰备受瞩目,尽管这些划时代战舰仍面临诸多挑战和问题亟待解决。值得一提的是,近期入役的福特级航母上配备了一种与DDG-1000朱姆沃尔特驱逐舰同款的武器——电磁轨道炮。此武器领域,投入了大量精力和财力,取得了一系列前沿研究突破。那么,电磁炮是如何发射的呢?其分类又是如何?
接下来探讨电热炮的发射原理。常规火炮使用,即化学能发射炮弹,而电炮则是一种新概念火炮,除了化学能外,还可以使用电能发射炮弹。电炮分为电热炮和电磁炮。电热炮分为纯电热炮和电热化学炮两种形式。纯电热炮通过大电流输入,在炮弹内产生等离子体,加热工作流体使之急速膨胀,从而发射炮弹。而电热化学炮则使用碳氢化全物燃料和过氧化氢氧化剂代替工作流体,在等离子体作用下发生化学反应产生能量发射炮弹。这种炮的发射能量部分来自电能,部分来自化学反应。电热炮可将重量较大的炮弹发射至高速,同时能够发射制导炮弹。
电磁炮则是一种利用电磁力替代的力来加速炮弹的新型超高速电磁发射装置。其主要由电源、加速器、高速开关和炮弹组成。电源产生和储存电能,并在适当时机释放能量。加速器则将电磁能量转换成炮弹动能,使炮弹达到极高速度,对目标造成毁灭性打击。高速开关负责快速接通电源和加速器。炮弹是受到电磁力作用而加速的特殊加工高过载弹丸,通过获得的强大动能高速飞行,直接撞击目标造成损伤。
电磁炮根据其结构不同可分为四种类型:
一、同轴线圈炮
同轴线圈炮又称交流同轴线炮,由加速线圈和炮弹线圈构成。其工作原理基于通电线圈间的磁场相互作用。加速线圈固定在炮管中或外,当融入交变电流时,产生的交变磁场与加速线圈的磁场相互作用产生洛仑兹力,使炮弹在炮管内加速并向前发射。由于单级线圈加速效果有限,因此同轴线圈炮通常由多个同口径的同轴加速线圈组成,采用多级加速方式。
二、电磁轨道炮
电磁轨道炮由两条平行导轨组成,之间放置次口径作为炮弹。其利用轨道电流间相互作用的安培力将炮弹发去。工作时,强大的电流流经导轨和滑块,形成强大的磁场,使炮弹在安培力作用下加速并高速。
三、磁力线重接炮
磁力线重接炮由上下两个长方形同轴线圈组成,根据物体在间隙间受到的磁场力原理工作。当具有一定初速度的炮弹穿过线圈间隙时,产生磁力线重接效应,推动炮弹加速并以超高速发射。这是一种无接触的多级加速电磁发射装置,要求炮弹具备初速度,因此被视为一种多级加速技术。实际上,磁力线重接炮属于线圈炮的一种。
四、轨道/线圈复合型电磁炮
该复合型电磁炮分为串联型和并联型两类。串联型先利用线圈炮加速至初速,再使用轨道进行二次加速;并联型则同时使用导轨和驱动线圈共同加速炮弹。
同轴线圈炮作为电磁炮的早期形式,拥有三大优点:一是加速力大;二是能量利用率高;三是所需电流较小。其运行机制和结构复杂,需要精确同步磁场与炮弹线圈的运动位置。供电和多级加速控制也是关键难题。