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龙源期刊网关于电磁加速器的研究报告作者：聂畅汝来源：《科技信息·下旬刊》2017年第07期电磁武器，作为目前主流化学动力动能武器的优秀替代品，具有效率高，声音小，后坐力缓和等诸多优点。基于对电磁加速装置的热爱，我以电磁加速器为研究项目进行了为期4个月的研究。历史1845年，查尔斯-惠斯通制造了世界上第一台直线磁阻电动机，用它把一段金属棒抛射到20米远的地方。1895年，梅厄获得第一个直线感应电动机专利。但直线电机和电炮还相去甚远。第一个明确地提出电磁炮概念并坚持不懈长期试验的是一位挪威的科学家——奥斯陆大学物理学教授克里斯蒂安？伯克兰。1897～1917年，伯克兰教授不断改进和试验他发明的电炮，并于1901～1903年获得了三项电炮技术专利。1901年，他制成了第一个电磁线圈炮。可以说，伯兰克教授是线圈炮研制的先驱者。电磁轨道炮的发明者则属于法国科学家。1916～1918年，法国军械和战争物资部开始研制轨道炮，但当时没有对轨道电流和弹丸速度进行测量。1920年法国人福琼？维莱普勒发表了《电气火炮》一文，并于同年得到了三项专利。1936年，南斯拉夫作战部的一位雇员又以同样的方式重复了这些试验。几乎与此同时，美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。此后据称普林斯顿大学也进行了相关的研究工作，用电磁力发射了物体。到第二次世界大战爆发前夕，各种电炮的专利已达45项之多。第二次世界大战期间，德国和日本等国都曾研制过电磁炮。二战末期，德国军方在希特勒的批准下不断寻找和积极研制开发各种新式兵器，试图借助新式兵器来挽回败局，电磁炮也是其中一项。1944年，亚希姆-汉斯勒博士和邦泽尔总检验师在马格德堡的训练场，对10毫米口径线圈炮进行试验，靶板是装甲板，电源为汽车蓄电池和电容器，用发电机供电，但试验未成功。1945年，汉斯勒试验了直径20毫米、长2米的轨道炮（LM2）。LM2最终以3×106米/秒2的最高加速度把10克重的铝制圆柱加速到1080米/秒；把两个轨道串接起来后，铝柱速度达到了1210米/秒。随着德国的战败，汉斯勒博士的研究工作也中止了。二次世界大战结束后，汉斯勒的电磁炮落到了美军手里。1946年，美国陆军装备部委托装甲研究基金会专门评估了汉斯勒的技术，结论是能源供应问题无法解决，轨道材料问题也不好解决。因此相关研究工作也就逐渐中止了。研究经过此项目一共搭建了三台电磁加速器龙源期刊网第一台是以固定式结构做了电磁加速的初步试验，线圈与炮管是固定的，中间钻了一个直径3mm的孔用于安装光电传感器，一共两级，总蓄能为180焦耳左右，使用了两个450v，1000uf的电容，充电充到400v左右。用6*30mm的弹丸获得了接近30m/s的初速度。第二台是新结构的实验机，线圈依旧与炮管固定，但是搭建时就使用了通用电源接口。炮管为方形，发射物为一角的硬币，利用与炮管的摩擦使弹丸有一个纵向的自旋。而自旋会使弹丸产生马格努斯效应，产生一个向上的力用于抵消重力。级数为4级，蓄能大约500j，使用了5个450v，1000uf的电容充电到430v，基于单片机方案光电+延时发射，单片机程序使用了智能算法，能在发射时收集数据并应用在下一次发射中提高弹丸速度。在实验中，在同一角度进行了20次射击，经过单片机的优化，弹丸速度提升了7m/s，最终速度为50m/s左右，由于引入了单片机智能算法，这台电磁加速器能够在发射时对弹丸进行模拟来提高弹丸动能，实为革命性的新技术。第三台电磁炮进行了大幅度的创新改建，使用模块化的结构，使用铜柱来连接各个模块与线圈，并取消了强电，弱电连线，使用铜柱来传导电力。在更换模块时基本只需要将机械结构连接。大大方便了更换模块和维修。同时铜柱的横截面积远远大于导线横截面积，电阻大大低于同样长度的导线，利用铜柱传输电能也有减少电力损耗的优点。此电磁加速器最大的亮点是引入了模块化结构，这在电磁加速器历史上是绝无仅有的。几乎所有电磁加速器的炮管与加速线圈都是固定在一起的，无法调整线圈间距，对弹丸的兼容性也有很大的影响。而采用了模块化结构，这一切都将不复存在。由于模块化结构的引入导致扩展性大大提升，单片机方案已经不适用于此电磁加速器，单片机引脚数目是有限的，而此加速结构的扩展性是无限的。如果使用总线将光电传感器接入设备，将会导致百微秒甚至毫秒级的延迟。所以此电磁加速器采用了单独光电模块触发方案。但是第三台电磁加速器最后结局是失败的。由于大量采用非传统结构，大量的设计失误在搭建中被暴露，最后达到了无法修复的地步。其中最严重的是铜柱接触不良导致产生火花，从而产生极强的电磁脉冲作用于半导体开关上。这个问题导致了测试时几乎一半的半导体开关烧毁。烧毁后的吧半导体开关处于闭合回路状态，进一步导致了充电模块彻底烧毁。整个加速器也变成了一堆废铁。虽然第三台电磁加速器失败了，但是它提供了大量宝贵经验。不仅仅是在电磁加速领域，同时也提供了大量结构搭建的经验以及电路设计的经验。在搭建下一台电磁加速器的时候，这些宝贵经验或将派上极大用处。