电磁炮所应用的电磁发射技术的原理是什么?

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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2014-07-12 06:10

科学的电磁炮


来源:HowStuffWorks


## 原理


电磁轨道炮的基本原理超级简单,

来源 Wikipedia:Railgun

两根导电轨道,再横着放一根导电轨道上去,这样就构成了一个电磁炮。在两根平行导电轨道上接通电流,这样横向的导电体上面就有了电流,然后由于两根平行轨道上面的电流可以产生磁场(安培定律毕奥-萨伐尔定律),这样一来就有了洛伦兹力,从而可以推动横向导电体运动。

显然电流越大,横向导电体收到的力越大,从而总轨道长度确定的情况下,最终输出能量越大(W=FL),对应于炮弹出口速度越大。

原理上来说,只要我们提供足够的电流和轨道长度,就会具有远大于现在火炮的杀伤力。


## 视频

具体发射的时候是这样的
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出口慢动作




----------- 回答完毕 -----------


### 计算


(用电磁学/电动力学)计算结果(Wikipedia:Railgun#Mathematical_formula),横向轨道收到的力为


I 是电流强度,L‘ 是电导线密度(理想情况是 0.6 mH/m)。倘若能够做到稳恒电流,那么质量为 m 的炮弹的加速度就是个恒定值,



根据三角形面积公式,最终速度 v 由下面式子给点


S 是轨道有效长度。

出口速度是


对应的动能


炮姐作为动能武器,那么显然出口动能越大越好,那么我们就要显著增加电流强度,因为 I 在动能表达式里面是平方的。也可以增加轨道长度。

(真是的,跟前面估计的一样,不需要计算我们显然也知道要增加电流强度和轨道长度嘛。)


## 数值


使用最理想的电导密度 L′=0.6mH/m,我们可以算一下出口动能(假定长度 10米,电流 1MA),



(看了一篇关于使用电磁炮发射物品到太空的文章:Launch to space with an electromagnetic railgun,里面提到一个实验室里面电磁轨道炮典型的电流值 3.4MA,虽然很难想象这样强大的电流是多么恐怖,这里的计算还是使用了一个典型数值 1MA)

这样我们可以建立一个表格,对于不同质量的物体,其出口速度是多少

质量(千克)出口速度(马赫)
1 226
5 101
10 71
15 58
30 41
60 29

即便对于典型的胖子的重量 60kg,依然能够达到约 30 马赫。


### 到底用了多大的电流


没有找到美海军电磁炮的电流值,不过我们可以反推一下,
按照这个的数据的话,可能一个典型的电磁炮要长达 10m,出口速度要达到 2500m/s,炮弹重量 15kg。
如果达到出口动能为 15*(2500)^2/2= 4.7*10^7 焦耳的能量,需要的电流(理想电导)是


不管怎么着,跟 1MA 就差一个量级了。



--------- 炮姐乱入 ------------


## 炮姐


如果炮姐用的是一样的形式来发射硬币,按照数据,炮姐发射的硬币的速度约为 3 马赫(343*3m/s≈1000m/s),假定硬币为 10g (10^{-2}kg),然后假定电导密度还是 0.6 mH/m(这里已经不合理了,因为炮姐不需要轨道,且不管,因为从画面来看炮姐并不是我们讨论的这种 railgun),等效轨道长度为 1m,我们可以估算炮姐发射这枚硬币需要的电流值


I≈4000A

我去,怪不得有人会被烧糊了。为嘛?假定人体电阻为 1000 欧,那么等价于有 4000×1000=4×106伏的电压加在身上。

从画面看,一般的放电时间在秒的量级,就算1秒吧,我们算算有多少能量


(4000)2×1000×1J=1.6×10^9J

因为就算了一秒这也使功率的数值(1.6×10^9W),一个微波率的功率才 1000 W 作用,一盘半斤的五花肉不到 5min 烤熟,那么炮姐这么大功率大约需要 5×60s/106×60×4=0.07s就能把一个 60 kg 的胖子烤熟了。嗯。

22 0

穿长靴的柴郡猫弱爆了的前工科男

2014-07-14 16:21

线圈炮:电磁铁的小把戏;
电化学炮:电磁打火的传统技术;
轨道炮:来自洛伦磁力的加速度~

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理论上,利用电磁推力,将炮弹推出膛,就是电磁炮。假若 只是简单的把火药的化学能替换成电磁能的话,现阶段的技术应该可以做到,不过因为 炮弹与炮膛有物理接触,利用膛线使炮弹自转的话,因为电磁推力 炮弹速度会很快,现有的材料很难满足条件,膛线也会很快磨平,炮膛的温度上升 很快,估计打几次,就要停下来冷却了吧。 假如能 控制,约束电磁场,使得 炮弹悬停,加速,发射,,真是恐怖的大杀器了。

10 0

根据安培力公式F=BIL,在垂直与轨道方向加强磁场B,在轨道上通强电流I,炮弹能瞬间获得很大的加速度,然后就出去了'!

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因为就算了一秒这也使功率的数值(1.6×10^9W),一个微波率的功率才 1000 W 作用,一盘半斤的五花肉不到 5min 烤熟,那么炮姐这么大功率大约需要 5×60s/106×60×4=0.07s就能把一个 60 kg 的胖子烤熟了。嗯。
目前临床用体重指数(BMI)来评价:<18.5 kg·m-2者为体重过低,18.5~23.9 kg·m-2为正常范围,≥24 kg·m-2为超重;≥28 kg·m-2为胖子。但应该注意有些BMI增高的患者不是脂肪增多,而是肌肉或者其他组织增多。


根据公式:体质指数(BMI)=体重(kg)÷身高^2(m)
可以计算出这个60kg的胖子身高应该≤1.46(m)
恩,可以买半票了。

我主要是想指出@章鱼喵.时见疏星错误“胖子”应该修改为“小胖子”,或者

6 0

傅里叶变黄油猫软件工程师,应用数学专业

2013-04-13 19:18

用超导体通电产生强磁场,磁场中的炮弹通入强电流,炮弹受到安培力而加速并出膛。

基于化学爆炸的炮弹的加速度受到化学能的限制,总有一个上限,而安培力则无限制,只要有足够强的电流和足够强的磁场即可超过普通炮弹的速度。

当然,要产生如此强的电流和磁场有着很复杂的技术。

6 0

正在破灭管理学学者后补的替补

2013-07-20 20:23

安培力是炮弹在磁场轨道中不断被加速,再算出他打出去的动能!!!!!一种超可怕的动能武器诞生了

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我觉得怎么提供稳定的动力才是问题所在,这种级别的能量要是没核动力要怎么才能进行连射?在不显著影响杀伤力的前提下弹头可以做到多小?

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一个衍生问题,电磁炮也有后坐力的吧?那么炮弹的反作用力也是通过磁场作用的吧?类似两块磁铁相斥?那么反作用力是分布在哪些部位呢?力很大那些部件应该能经受的住才是。

根据牛顿第三定律,炮弹受力必然有个反作用力吧?这个反作用力作用到哪里去了呢?

或者推广一下来看,洛仑兹力或者安培力有没有反作用力?难道作用在场上去了?我觉得应该作用在产生场的源上面去了。

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以为是发射一个能量束之类的东西呢···原来还是发射炮弹呀···

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支持者: Mr.卡戎

这个东西高一辅导书上有详细讲解

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美国佬这个不对啊,电磁炮哪儿来的火焰啊!

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我觉得轨道炮本身的原理很简单,这里面“超级电容”的含金量更高吧?
另外恶搞一下……轨道炮击发时,如果轨道边恰好有个铁架子(例如某个铁塔),那么炮会不会被吸过去?

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果壳巨型问号龟控 体验感迷信者 涂装工程师

2014-07-15 16:28

如果把正负极换成电容呢,能不能咔嚓嘣!

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对于电磁炮其实大家的关注点是为什么这么难做。。。怎么只有美国要装备了

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如果是稳压电源,长度无限长,最终动能怎样计算?

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我看有个视频讲的好像是英军的电磁炮,不知道为什么他们塞进去的炮弹形状好奇怪

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大神,为啥电磁炮发射,炮口会有火焰呢?动能炮不应该直接就出去了么?

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请自行翻阅高中物理课本

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如果电磁炮进一步发展,未来会出现新型战列舰吗?

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这个不是造假,引力波是造假。LIGO引力波实际上否定相对论 PDF文件

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作者一定只有1米2,不然60公斤怎么成胖子了

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太高深了!完全没看懂!看到题目的时候除了想到亚人以外,就啥也不知道了!

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