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被誉为巨大变革的电磁炮究竟有多神?

2018-05-11 11:34 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:熊伟 兵器知识

  监制:光明网科普事业部

  最近随着一些我军936号登陆舰的照片披露,广大军迷和网民开始热烈讨论中国的电磁炮。因为很多报道中都宣传,电磁炮是火炮发展史上的一次巨大变革,具有很多传统火炮无法比拟的优点——初速高、后坐力小、便宜、安全等等。

  这些优点是怎么来的?究竟优多少?是不是真的让传统火炮无法比拟?我们可以根据一些基本的物理学知识,用数字算算看。

  电磁炮速度高吗?为什么?

  电磁炮被人们最常说的第一大优点,是初速高,能把炮弹打到10千米/秒。传统火炮不能打出那么高的初速吗?不能,而且它绝绝对对无法把炮弹打到3000米/秒的速度。因为给炮弹加速的发射药,也得给自己加速。

被誉为巨大变革的电磁炮究竟有多神?

传统火炮,不仅要发射炮弹,还要发射热气,浪费能量。

  炮弹、燃气的动能从哪来?来自发射药的化学能。而且发射药燃烧释放的能量,除了推动炮弹、燃气加速,还会损失很多,比如让炮管变热、克服膛线摩擦等等。因此传统火炮的能量利用率其实很低,只有16%~30%。

  下面我们就假设一门火炮的能量利用效率是30%,采用硝化棉发射药,算算发射药和炮弹初速的关系。弹丸,选自西方军舰常用的127毫米舰炮,重量约31千克,炮口初速大约是762米/秒。

被誉为巨大变革的电磁炮究竟有多神?

Mk45型舰炮,是美国军舰的主力舰炮。

被誉为巨大变革的电磁炮究竟有多神?

发射药和炮弹初速的关系

  初速从762米/秒增加一倍,炮弹动能是增加到4倍。那用7.5×4=30千克发射药,够吗?不够,因为它们的能量只能把弹丸和7.5千克发射药的速度提高一倍,还有22.5千克的发射药需要加速呢。结果是要6倍的发射药。速度再提高31%,到2000米/秒呢?发射药居然要增加到三倍多!

  另外,最初的7.5千克发射药,燃烧产生的能量,有9.7%消耗在推燃气上了,后坐力的13.9%也是因为加速燃气而产生。剩下的能量、后坐力,才是加速弹丸的。提速到2000米/秒,143千克发射药,能量的67%、后坐力的75%,都消耗在燃气上了。随着速度提高,这种浪费现象会更加急剧地上升。最后,即便是发射药比弹丸重无限多倍,速度也只能达到2440米/秒。

  所以传统火炮,打出的炮弹速度有个上限值,这是基本的物理学原理——能量守恒定律,所决定的。就算我们把条件优化到最好,比如火炮的能量利用效率达到100%,用能量密度更高的发射药,弹丸速度也不可能达到5000米/秒。

  而电磁炮上,没有发射药燃气浪费能量。推着弹丸跑的,是无形的磁场。因此电磁炮发射炮弹时,极限速度只受限于电磁场的调整变化速度,可以达到每秒十几千米甚至上百千米。

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[责任编辑:赵清建]

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