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标题: 轨道炮的基本原理 [打印本页]
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 21:33
标题: 轨道炮的基本原理
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-2 09:19 编辑 1 P9 f5 R8 M- @3 P8 K& C7 E, @1 E
  j! G- U! a. X, L( L9 z% k
说白了就是洛伦兹力，记得是高中的物理内容。那时候左手法则，右手法则的搞了一阵子。这里因为是牵涉到磁场，力，速度等矢量运算，要用到右手法则。4 c+ j, ?) j1 I' v5 \' p
; |) a! x$ O' V" T! x, K
  @. d& M4 I$ \5 u' v" z

! V$ W& E/ S0 e( N% L
) b! g6 H6 D( N  P: Y- A% d" s& H6 Q原理的话看最右边的图。右下和左上有两根导电轨道。右下为正极，左上为负极。我们知道电流经过导线的时候，会在导线周围产生磁场。使用右手法则，大拇指指向电流方向，则手指弯曲方向为磁力线方向。所以正极这根轨道的磁力线是逆时针，负极的为顺时针。在轨道中间，两边的磁力线叠加，磁场方向向上。$ {3 y  J; H5 O
7 y: K: w+ G( s
炮弹是坐落在一个炮弹架上（看中间的图）。炮弹不导电，炮弹架需要导电。炮弹不导电是因为轨道里的电流极大，百万安培级别吧。炮弹导电就会被烧掉。炮弹架导电后，就相当于一根横向导线（见右图）。已知轨道间的磁场方向向上，电流从左到右，那么用右手法则，手指指的方向向前。这个就是洛伦兹力的方向，也就是炮弹的牵引力来源。另外，炮弹架上通过的电流也会产生一个磁场。在轨道中间部分的磁场方向依旧向上，也就是说增强了轨道中间磁场的强度 （见中图）。
' C3 d7 s; E* G0 t. O
1 S& U5 N& {% i% X炮弹架的材料除了金属导体，也可以用易电离金属做（这个大概是主流）。因为高温大电流使得炮弹架金属熔化并电离化。这样既保证了电路的畅通，也使得炮弹换装变得容易。但是高温是不可避免的，炮管一样会有烧蚀的问题，所以也是有使用寿命的。下图中的火就是这个原因。和炮弹一起飞出来的碎片应该是未完全电离化的但熔化后的炮弹架金属碎片。
, r% h4 s) K" _9 K6 I: E: `7 K) o3 p( y
作者: 料理鼠王    时间: 2018-2-2 22:19
最大优势在哪里？# r/ F2 S, F' ^; Z
科普一下
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 22:25
料理鼠王 发表于 2018-2-2 09:19
# g% U. q3 x. [* b最大优势在哪里？+ B; A& G- V. [( d/ Q! G; ?) i
科普一下
" o3 a) o9 [+ K" l5 S
炮弹动能大，发射条件稳定可控，精度高，反应快，存储安全。没有火药包，炮弹体积减小，载弹量增加。
作者: smileREGENT    时间: 2018-2-2 22:27
本帖最后由 smileREGENT 于 2018-2-2 22:45 编辑 . ^: D& O2 n; A7 a1 j

1 `7 b9 B& F2 R没记错的话，高中物理电磁感应一章，不少大题是以电磁轨道炮的原理作为题眼出的。( \; q6 I! W/ ~5 e. f9 m
好像还是哪一年的理综物理科目的压轴大题6 N) O/ i& Q/ O1 X0 f: ~6 u, U

6 L) `/ u/ f2 Y" F_________________
: M% g# E4 {  F
6 v9 V" r4 W) Y. V6 A: w: H' J& o宝刀未老，俺给找到了hhhh，记忆有误，是11年全国新课标卷理综第18题（多项选择）
, f0 [+ X: F1 ]4 T
7 {0 V0 y0 R1 y5 w* Z2 `5 f/ r1 {% f/ Q
18．电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面得磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是（）
) R, x& [) E, g        A．只将轨道长度L变为原来的2倍4 r  e2 T9 E+ _) F
        B．只将电流I增加至原来的2倍* E# x6 n+ d2 C: \/ d& k
        C．只将弹体质量减至原来的一半' s# p% s. P9 C9 D5 I" M+ ^
        D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变% N2 a6 @% w+ x
$ `! F8 g1 |* P7 l$ A" i" p. S

* ^  h6 H2 z1 z7 t- H5 N. Z4 q9 n! p: T6 H* O
, z) C) |. n! d6 m' G9 ]+ j
答案：BD
7 N: P* e8 n! C; n+ Y
作者: 齐若散    时间: 2018-2-2 22:44
不知道击发时噪音多大。/ Z7 X- a! z6 Q  W& G0 L
5 l' l. r+ @/ E4 {
另外突发奇想，图中是两根轨道作为一对，可以给炮弹提供牵引力。如果配另外一对，与那一对垂直，会不会提供的牵引力更大，在提供初速或者降低电源要求有帮助？
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 23:03
齐若散 发表于 2018-2-2 09:44
1 l4 q0 s7 Z: d; r  }% L不知道击发时噪音多大。0 N0 D8 l# t2 b! p
0 ^' N; {- _, u
另外突发奇想，图中是两根轨道作为一对，可以给炮弹提供牵引力。如果配另外一对 ...

2 d! ~" H- w* v  s0 F( G你用右手比划比划就知道，这样磁场方向不对了。提供的洛伦兹力的方向也不对了。
作者: dopplermaxgamil    时间: 2018-2-2 23:06
本帖最后由 dopplermaxgamil 于 2018-2-2 23:08 编辑 0 C5 I5 Y3 X! Y  @* O5 a" [
$ f& P1 P. }1 ^* D0 C
你的图是美国用的技术，是Railgun，轨道炮。
& c6 A9 z# {7 S" I* D/ w( [$ ^: F+ U
武汉出现的那门炮用的好像是coilgun技术，线圈炮，炮弹和炮膛不接触。几乎没有烧蚀问题。但是有控制精度问题。
  ]4 O4 g: H4 }6 H0 B+ S% @# q+ A- ~+ e/ g! H4 G8 g

Coilgun_animation.gif (56.09 KB, 下载次数: 205)

Coilgun_animation.gif
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 23:08
dopplermaxgamil 发表于 2018-2-2 10:06
4 X7 M7 f& n4 s3 M/ S你的图是美国用的技术，是Railgun，轨道炮。
# R8 z- V- m6 W" Z' u+ A0 f/ S8 ?: L3 U/ N' D" z- G
武汉出现的那门炮用的好像是coilgun技术，线圈炮，炮弹和炮膛 ...
, g* r6 v# r  F5 ]- Q
国内还是轨道炮吧。轨道炮貌似是主流电磁炮技术。
作者: dopplermaxgamil    时间: 2018-2-2 23:09
本帖最后由 dopplermaxgamil 于 2018-2-2 23:57 编辑 : n$ A4 o' q# }, Z# x
冰蚁 发表于 2018-2-2 23:08
! z5 ]. b$ u) Q9 s* n国内还是轨道炮吧。轨道炮貌似是主流电磁炮技术。
/ K. `# n+ Y4 {

7 y. z0 K" R, y4 N, x轨道炮是方形炮管，(railgun错误) Coilgun是圆形的。电磁炮主要玩家只有中美，任何一家都是主流。
作者: dopplermaxgamil    时间: 2018-2-2 23:25
冰蚁 发表于 2018-2-2 23:08" Z, U+ @9 [3 a8 w1 p
国内还是轨道炮吧。轨道炮貌似是主流电磁炮技术。

3 M0 ?- @" ~- `; s: B7 O( L现在说什么都有，也可能是方的。所以也不排除轨道炮。
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 23:27
dopplermaxgamil 发表于 2018-2-2 10:09
& C0 b* C' E+ r+ g轨道炮是方形炮管，railgun是圆形的。电磁炮主要玩家只有中美，任何一家都是主流。 ...

; a" l8 F' x3 k0 m% c' L
5 k, h1 Y7 V- L. n& ~美国陆地测试时的炮管也够方的了，不还是 railgun。我认为形状不是判断依据。
7 z- @! |/ v8 j* C5 y3 {. a0 T, Z7 w$ A' l+ i* u
主流是针对技术而言，一种技术总体上比另一种有优势，虽然各自都有优缺点。如果承认这种总体上的技术优势，中美就会同时选择轨道炮技术，而不是线圈炮技术。说任何一家都是主流这种话没有意义。在我看来，线圈炮的总体优势是不如轨道炮的，炮弹的大小，动能，精度，简而言之，炮弹的威力都是不行。线圈炮的升级余地小。技术起点最好选择好，否则就是后患无穷。
作者: dopplermaxgamil    时间: 2018-2-2 23:31
冰蚁 发表于 2018-2-2 23:27: }1 q' `8 k4 W  C# \! e5 G1 g
美国陆地测试时的炮管也够方的了，不还是 railgun。我认为形状不是判断依据。' l8 ?+ ]! S' K9 |$ Y, l, H1 H5 Q1 Y

3 B7 B- X& ~5 s; d2 p主流是针对技术而言，一种 ...

1 [$ B+ u5 s" j外观很好判断。就是因为是方的，所以美国的是Railgun。
  g; `$ R: J' K; _$ f. Y随着照片越来越多，好像武汉的炮也是方的。
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-2 23:34
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-2 10:36 编辑 0 c, n/ L4 F" r( S# [
dopplermaxgamil 发表于 2018-2-2 10:31
. \/ _1 q# E% ^外观很好判断。就是因为是方的，所以美国的是Railgun。
; M0 j0 [; U- [5 ~/ f8 L8 E随着照片越来越多，好像武汉的炮也是方的。 ...
$ I* _, J" S  n2 j
- r9 u5 I. l, P5 b
轨道炮是方形炮管，railgun是圆形的。电磁炮主要玩家只有中美，任何一家都是主流。
. H" v9 U" g& K8 C2 i0 B. Z
: G0 n' P0 W* ]/ [4 @' \: E
晕倒，才发现。railgun 就是轨道炮啊。你到底在想说哪种是方炮管？ 线圈炮叫coilgun。
作者: 齐若散    时间: 2018-2-3 00:17
冰蚁 发表于 2018-2-2 23:03
, h) S1 [) n+ J2 }& F, P' F; \你用右手比划比划就知道，这样磁场方向不对了。提供的洛伦兹力的方向也不对了。 ...

! r/ C+ v  M5 L8 A  s5 t没觉得不对啊。现在的一对（假设在XY平面）最后合力是一个方向（例如顺X轴），将其以X轴为原点旋转90度后的XZ平面再放一对轨道，其合力方向还是X轴。在弹架上建立两个通路，分别连接两对轨道的电路，整个弹架的合力就应该是它们的加嘛。
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-3 01:28
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-2 17:58 编辑
* }% b6 [  f! P% s
dopplermaxgamil 发表于 2018-2-2 10:31+ ^: m) [! O0 f! w& f1 U& n: x
外观很好判断。就是因为是方的，所以美国的是Railgun。7 C# K3 D2 ^9 d& n' w; W$ {
随着照片越来越多，好像武汉的炮也是方的。 ...

( J5 {! L0 ?/ A5 e& o- F2 R8 l
; {. I+ T. z2 g3 j: M3 g* h* p9 |* j% C4 K8 U# S

9 W) r' f' p. `- Y$ T( O上面是知乎上的一张轨道炮的截面图。圆形的。现在上舰的这门炮的高清图里可以看出炮管设计分两节。一个圆柱，再伸出一段貌似方一点的炮管。你不能说因为有圆柱那节就一定是线圈炮了，或者说方一点炮口就一定轨道炮。按你前面的线圈炮动图，方形的炮管外形也是完全可以的。
作者: 鳕鱼邪恶    时间: 2018-2-3 03:58
你这段描述可能有问题：
+ N% ~. k( R2 K6 k* l4 t
炮管一样会有烧蚀的问题，所以也是有使用寿命的。下图中的火就是这个原因。
+ D, }9 D0 ^* O7 a) a" `

9 Q- d; }1 j! ], ~* Q6 G" t3 J4 V2 Z* G' R
俺不懂这玩意儿；不过别的地方看到的，图片中的火焰其实是高速摄影的照片里才能看到，肉眼是见不到的。。。这个火焰其实是空气电离产生的现象，一瞬即逝，肉眼不可见。( ], t6 ?8 Y* w5 t

+ a8 W1 v: ?3 L. D' v& l7 M5 Y* V+ j; ^从常识来看，如果是炮管烧蚀产生的这么大的火焰，这炮的轨道能否正常发射第二发都成问题。
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-3 04:16
鳕鱼邪恶 发表于 2018-2-2 14:58' j% {+ u% l1 V  Y+ K  ~% r( [
你这段描述可能有问题：

9 m/ A+ ^) t) A. k$ v5 \谢谢指出。是不太严谨。我是想说火反映了高温的情况。高速摄影会放大火焰效果。比如手枪的开枪图，网上有很多。你可以搜搜看。左轮手枪的照片会给人很夸张的感觉，开一枪，整把枪前后左右到处是火。实际生活中你肉眼可能啥也看不到。
) x4 e# n' V' F8 W6 r
% P7 e! _& ~0 {8 a蚀刻可以是温度因素，还可以有等离子的贡献，另外轨道在大电流高温的情况下也可能氧化产生大的电阻。这些是比较显而易见的因素。更多的东西只有搞那个专业的人才知道了。
作者: 鳕鱼邪恶    时间: 2018-2-3 04:34
本帖最后由 鳕鱼邪恶 于 2018-2-3 04:37 编辑 9 p8 E2 l" G5 E4 g+ X  W; L
冰蚁 发表于 2018-2-3 04:16/ W" f, H5 X, Z7 X' S* L
谢谢指出。是不太严谨。我是想说火反映了高温的情况。高速摄影会放大火焰效果。比如手枪的开枪图，网上有 ...
5 P' t3 z2 }' d; u* u/ p  |

/ S. ^) f" r' ^1 ?4 |) Q此火焰非彼火焰，对金属（枪管/轨道）的影响可能南辕北辙。发射化学能弹药的枪管寿命，除了烧蚀，还有弹丸摩擦的作用。而电磁炮，外界根本不知道这个摩擦是否存在，存在的话有多大；而温度有多高，更是一无所知。。。所以现在外行们在这里猜测所谓的烧蚀对电磁炮的影响，根本是拍脑袋瞎猜，没什么价值。
5 G+ Y! }) i+ M; E0 E! t4 n+ k$ I9 ^+ G' g7 l9 u
至于电磁炮发射的这个“火焰”，可能根本不是火焰；所以由此判断“炮管”温度也就没有根据了。
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-3 05:54
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-2 17:00 编辑
3 p+ t1 J% R. ]" b
鳕鱼邪恶 发表于 2018-2-2 15:34/ _: O5 c* p) B0 z4 P; x0 P: m2 |( ^
此火焰非彼火焰，对金属（枪管/轨道）的影响可能南辕北辙。发射化学能弹药的枪管寿命，除了烧蚀，还有弹 ...

& q: i) W& d9 o. r! \3 N4 ^6 q0 C8 V( w" ~5 x# O
你没用过电炉么。百万安培啊，老兄。就是1欧姆的电阻，你算算要多少焦耳的热量产生。这个电流还是要平方的。这也是为什么要把炮弹托架电离化。这样能得到非常高的导电率，也就是说电阻尽可能小，越趋近于0越好，不致于产生太大的热量。但是这又被炮弹重量，射程，托架金属材料等等限制。而把金属电离化，要先热到能把金属气化。
作者: 鳕鱼邪恶    时间: 2018-2-3 10:31
本帖最后由 鳕鱼邪恶 于 2018-2-3 12:22 编辑
8 a! F9 v' y5 ]/ j+ E- L+ ^/ l
冰蚁 发表于 2018-2-3 05:54
; Z5 w% f: \- E3 F$ F- I你没用过电炉么。百万安培啊，老兄。就是1欧姆的电阻，你算算要多少焦耳的热量产生。这个电流还是要平方 ...
9 E) e& q% r( m

% N" [4 e5 V) c/ i, `
你没用过电炉么。百万安培啊，老兄。就是1欧姆的电阻，你算算要多少焦耳的热量产生。这个电流还是要平方的。这也是为什么要把炮弹托架电离化。这样能得到非常高的导电率，也就是说电阻尽可能小，越趋近于0越好，不致于产生太大的热量。但是这又被炮弹重量，射程，托架金属材料等等限制。而把金属电离化，要先热到能把金属气化。
7 L- ^& W4 O" W! F; v# z
5 T; y+ q( u( O9 p7 S- _- \
实话说我不懂你这一段说的是什么。。。炮弹托架气化？然后再电离化？那么气化的托架怎么托弹呢？你这些东西有什么根据么？( V& `& J2 d& S
! }0 J2 y; U" u
然后我上面说的不能依据那张照片判断温度，跟你这一段又有何因果关系吗？
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-3 12:30
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-3 07:39 编辑 + B+ ~/ P0 _1 \
鳕鱼邪恶 发表于 2018-2-2 21:31; ?( D$ P1 `) Y" R- i
实话说我不懂你这一段说的是什么。。。炮弹托架气化？然后再电离化？那么气化的托架怎么托弹呢？你这些 ...

! u& G8 t$ ~8 _. M0 k2 k4 ^7 G. M! N9 ^/ B9 p8 f
你要先看主贴里的图1。炮弹就是projectile，抛射物。托架是那个armature。projectile 是被 armature 包裹住的 （图里是露出了头尾部分）。projectile 和 armature 之间要绝缘。否则大电流经过，projectile 整个就烧掉了。! t) C" c  Y6 f% J1 @. F+ e

  S& H' ~& \4 h再说这个 armature。最普通的，直观的就是一个金属固体件。但如果一次发射从头到尾一直是金属固件，那么如我上面帖子说的，电阻大（即使只有1欧姆），从而限制了电流大小，也就是磁场大小，推力下降。所以要引入 plasma。前面的帖子说了，plasma的好处是导电率好，就可以用很大的电流。那么磁场会强，推力增加，炮弹动能会增加。因为大部分电流会从 plasma 里面走，固体里的电流会少很多，所以armature固体部分反而不会一下子烧掉，变成一个固体件逐渐气化电离化的过程。这里面的温度会很高。网上有人说用铝做 armature。铝的气化温度得有3000C左右了。主贴第二个图里的火焰应该是喷出来的 plasma。plasma 以及 hybrid (金属件+plasma) armature 不算啥机密的信息，讲轨道炮一般都得讲这个东西。
作者: ATF    时间: 2018-2-4 06:44
多轨道炮设计也是有的, 比如说四轨圆口炮, 四轨方口炮, 非对称多轨炮. ! e  C0 o$ q0 q/ A6 d
更进一步还有多相多轨炮, 直到六相六轨
作者: 冰蚁    时间: 2018-2-4 08:14
本帖最后由 冰蚁 于 2018-2-3 19:15 编辑 3 E! x4 V: c5 @
ATF 发表于 2018-2-3 17:44
0 i' i6 l: h; D- ~' N, o多轨道炮设计也是有的, 比如说四轨圆口炮, 四轨方口炮, 非对称多轨炮. % Y6 \: _3 X: @1 x& b0 P
更进一步还有多相多轨炮, 直到六相 ...

3 Y3 @# y( Q. T4 K
) `7 B5 [& `" c8 H8 R) X, Q非对称多轨炮是怎么个搞法？圆口和方口有什么区别？



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