1820年奥斯特发现,放在载流导线周围的磁针会受到磁力的作用而发生偏转。19世纪20年代,毕奥、萨伐尔、拉普拉斯在研究和分析了大量实验资料的基础上,总结出一条电流产生磁场的基本定律,称为毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律。紧接着,安培在大量实验中总结出安培定律,该定律用于计算处于磁场中的电流元所Idl受到的磁场力dF,电磁炮就是根据安培定律而设计出的。但是在电磁炮的研究初始阶段,人们一度认为电磁炮并不可行,直到20世纪70年代,由澳大利亚国立大学的马歇尔等人利用自己研发的堪培拉电机成功将3克的弹丸加速至6km/s后[3],人们才又对电磁炮这一概念重拾信心,从这以后,各国家的科研机构和军方相继投入大量的人力财力进行电磁炮的实验研究,目前电磁轨道炮的研究成果最为成熟,下面介绍一些近年来国内外在电磁炮研发过程中的几个重要研究成果。28106
1982年,电磁炮的二文磁扩散模型第一次被美国西屋电气的杨和霍格思建立,他们利用此模型分析了电枢在运动时的速度趋肤效应,对电流分布进行了研究[4]。
1996年,美国陆军研究实验室(ARL)设计出被动与主动屏蔽这两种屏蔽方式,试图解决涡轮发动机在强磁场环境下的性能降低问题,其中被动屏蔽是用屏蔽材料实现磁场屏蔽,效果不好,而主动屏蔽是利用法拉第电磁感应定律,通过线圈产生与外界方向相反的磁场进行屏蔽,观察发现涡轮电机的性能没有明显的降低,但其结构较为复杂[5]。
1999年,美国陆军研究实验室(ARL)发表文章称,他们对电枢固定的轨道炮模型进行了试验,测量了电枢与轨道固体接触与转捩接触两种情况下的膛内磁场,炮口电压以及膛外电场,并进行频谱分析[6]。论文网
2005年,美国陆军武器研究发展工程中心(ARDEC)利用由ARL的轨道炮模型产生的0.2T强磁场,对无屏蔽措施的电雷管,手表进行试验,结果它们的性能都没有受到磁场影响[7]。
2005年,美国先进技术研究所(IAT)设计了集成发射包(Integrated Launch Package),并分析了其在发射过程中的轴向和横向载荷[8]。
2005年,美国陆军武器研究发展工程中心(ARDEC)在第40届年度武器系统会议上,展示了电磁炮杀伤爆破弹,该弹引信位于弹头部,但发射成功率仅为30%,后期的失效分析认为,弹丸所受的横向载荷过大与炮口处的复杂力学环境是失效的根本原因[9]。
2005年,美国先进技术研究所(IAT)利用Ansoft Maxwell对电磁轨道炮的发射过程进行有限元分析,仿真了C型电枢上的电流密度分布,以及分布不均导致的安培力分布,还有导轨对称面上的磁通密度分布,并计算了电枢受到洛伦兹力后的变形量[10]。
2012年,意大利比萨大学的米克•马拉奇等人利用固体电枢静态轨道炮的模型进行了屏蔽试验,分析不同屏蔽材料(铁,黄铜,铝)的对强磁场屏蔽效果[11]。
2004年,北京邮电大学的张洪欣建模分析电感线圈的磁场屏蔽问题,他利用时域有限差分法研究不同屏蔽材料对磁场的屏蔽效果[12]。
2006年,华中科大的曹昭君用B-dot探针测磁场,B-dot探针本质上就是一个线圈,根据法拉第电磁感应定律感应出电压,从而可测出磁场强度[13]。
2010年,国家工程物理研究院的王刚华通过轨道炮二文磁扩散有限元模型,分析了电枢的速度趋肤效应,结果表明,当速度大于1000m/s时,电流、磁场主要分布在电枢的后表面以及轨道的内表面,并通过ANSYS分析了不同形状电枢对速度趋肤效应的影响,提出了U型电枢会有效抑制轨道与电枢交界处的磁场过分集中[14]。
2011年,解放军炮兵学院的于洋设计了能自动测量电磁轨道炮中弹丸速度的测试系统,其原理为激光干涉[15]。
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