被誉为巨大变革的电磁炮究竟有多神?

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监制:光明网科普事业部

近来部分我军936号登陆舰的影像公之于众,众多军事爱好者与网友便热烈探讨中国的电磁炮性能,许多报道都称其为火炮技术的一次重大突破,具备诸多超越常规火炮的长处,例如射速快、反冲力弱、成本低廉、使用安全等特性。

这些长处源自何处?具体程度如何?是否确实超越了旧式火炮?借助基础的物理原理,我们可以通过计算来探究。

电磁炮速度高吗?为什么?

电磁炮最突出的长处kaiyun.ccm,在于射速快,能达到每秒10公里的水平。常规火炮,却达不到这样的射速,更不可能将炮弹加速到每秒3000米。这是因为推动炮弹前进的发射药,同样需要获得巨大的加速度。

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传统火炮,不仅要发射炮弹,还要发射热气,浪费能量。

炮弹和燃气的动力源自火药的化学作用力。火药燃烧时产生的能量,不仅使炮弹和燃气获得速度,还有相当一部分被消耗掉。例如kaiyun官方网站登录入口,部分能量用于加热炮管,部分用于克服炮膛内壁的阻力。正因如此,常规火炮的能量转换效率非常有限,通常只在百分之十六到百分之三十之间。

我们暂且设某门火炮的效能发挥程度为30%,以火药为推进物,推算推进物与炮弹出膛速度的关联性。炮弹选自西洋战舰普遍配备的127毫米口径火炮,其质量为31公斤,离开炮口时的速度约为762米每秒。

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Mk45型舰炮,是美国军舰的主力舰炮。

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发射药和炮弹初速的关系

初始速度若变为1524米每秒,弹丸的动能便会增至四倍。那么,若使用30千克发射药,是否足够?答案是否定的,因为这些能量仅能使弹丸与7.5千克发射药的速度翻倍,而剩余的22.5千克发射药仍需进一步加速。最终计算表明,总共需要六倍的发射药。当速度再提升31%,达到2000米每秒时,发射药的需求量竟增至三倍以上!

其余部分,包括剩余能量和大部分后坐力,是用来提升弹丸速度的。最初情况下,7.5公斤发射药燃烧时,有将近十分之九点七的能量用于推动燃气,而近百分之十三点九的后坐力是由燃气加速引起的。当需要将弹丸加速至每秒两千米时,需要使用143公斤发射药,其中约三分之二二的能量和四分之三是燃气消耗掉的。速度越快,这种能量和动量的损失就表现得越为严重。最终,即便推进物远超弹头重量无数倍,其飞行速率也仅能维持2440米每秒。

因此常规火炮,发射的炮弹存在一个极限速度,这是由基础物理规律——能量守恒法则,所规定的。即便将条件改善到最优状态,例如火炮的能量转换率高达百分之百,采用能量含量更丰富的推进剂,弹头的飞行速率也无法突破每秒五千米。

电磁炮无需借助发射药燃气来释放能量,弹丸的推进力源自隐蔽的磁场作用。这种武器在发射炮弹时,其最大速度的制约因素仅在于电磁场调控与变化的快慢程度,理论最高射速能够达到每秒十几公里乃至上百公里。

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