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電熱炮
來源:互聯(lián)網(wǎng)

電熱炮(electrothermal gun)是電炮家族的重要成員。電熱炮是全部或部分地利用電能加熱工質(zhì)來推進彈丸的發(fā)射裝置。一般來說,電熱發(fā)射有兩個含義:一是使用特定的高功率脈沖電源向某些工質(zhì)放電,把工質(zhì)加熱而轉(zhuǎn)變成等離子體狀態(tài),利用含有熱能和動能的等離子體直接推進彈丸運動;二是利用加熱產(chǎn)生的等離子體再去加熱其他更多質(zhì)量的低分子量的輕工質(zhì),使其化學反應變成熱氣體(含少量等離子體),借助這熱氣體的熱膨脹做功來推進彈丸。因此,從工作方式上,電熱炮應當分為兩大類:用等離子體直接推進彈丸的,稱為直熱(或單熱)式電熱炮;用電能產(chǎn)生的等離子體再加熱其他更多質(zhì)量輕工質(zhì)成氣體而推進彈丸的,稱為間熱(或復熱)式電熱炮。從能源和工作機理方面考慮,直熱式電熱炮是全部利用電能來推進彈丸的,它們是一類“純”電熱炮;而絕大多數(shù)間熱式電熱炮,發(fā)射彈丸既使用電能又使用化學能,因此它們是一類電熱化學炮。作為剛?cè)腴T知識,用圖5-1和圖5-2分別表示直熱式和間熱式電熱炮的基本工作原理。

基本原理

電熱炮是電炮家族的成員之一。電熱炮是全部或部分地利用電能加熱工質(zhì)來推進彈丸的發(fā)射裝置。一般的,電熱炮分兩種:一種是使用高功率脈沖電源放電或使電熱絲發(fā)生電爆炸產(chǎn)生等離子體加熱工質(zhì),使得工質(zhì)劇烈膨脹推動彈丸發(fā)射。這種稱為電熱炮。另一種是使用產(chǎn)生的等離子體再去加熱其它更多質(zhì)量的低分子質(zhì)量的輕工質(zhì),使其發(fā)射化學反應生成熱氣體(含少量等離子體),借助熱氣體和未反應完的工質(zhì)的膨脹推動彈丸。這種稱為電熱化學炮。這種電熱炮使用的工質(zhì)稱作含能工質(zhì),從原理和結(jié)構(gòu)來講,電熱炮與電熱化學炮只存在工質(zhì)差異。兩種炮均為電熱炮。由于電熱炮的原理中幾乎不含電磁力用作加速力,因此電熱炮不是電磁炮。電熱炮的工作離不開工質(zhì)。

性能優(yōu)點

(1)電熱炮簡單 這是相對導軌炮,線圈炮而言的,但比化學火炮略為復雜。某些電熱炮,可由常規(guī)火炮稍加改造而成。

(2)驅(qū)動氣體的成分可以選擇和控制 常規(guī)火炮的發(fā)射藥成分已固定,因此化學含能量和分子成分已定;二大多數(shù)電熱炮,可按所需目的,采用各種輕質(zhì)工質(zhì)或含能高的推進劑作驅(qū)動工質(zhì),這有利于提高電熱炮的性能和減小炮的重量及體積。

(3)電熱炮具有高阻抗 許多電熱炮都在毛細放電管內(nèi)或絕緣的輕工質(zhì)內(nèi)放電,在放電期間(特別是前期)呈現(xiàn)很高的負載阻抗。高阻抗有利于改善發(fā)射效率,并有廣泛的電源可用。

(4)電熱炮的消費比高 多數(shù)電熱炮的工質(zhì)(如石蠟和水)成本極為低廉,又加之炮的結(jié)構(gòu)簡單,故電熱炮的消費比比其它電磁炮的高。

電熱炮和其它電磁炮在效率方面有重大差別,這是因為電源和炮固有的能量損失引起的。對于導軌炮,最大效率出現(xiàn)在彈丸3~4km/s的速度范圍(目前導軌炮效率已達到20%),但在電熱炮中,峰值效率出現(xiàn)在低速期間,一般在3km/s以下??偟恼f來,現(xiàn)階段下電熱炮的效率比導軌炮還低。如果能達到導軌炮的效率,電熱炮對人們將有更大的吸引力,因為它用的電流比導軌炮的要小一些。因此,以更高的效率達到3km/s以上的速度,是電熱炮研究所要達到的目標。

在導軌炮和線圈炮乃至重接炮中,是通過電樞利用電磁力來加速彈丸的;而在電熱炮中,是由電能加熱工質(zhì)來推進彈丸的。對于直熱式電熱炮,只用第一工質(zhì)產(chǎn)生等離子體;對于間熱式電熱炮,除第一工質(zhì)外,尚需被等離子體加熱的第二工質(zhì)。除有時用金屬材料做第一工質(zhì)外,幾乎所有電熱炮的工質(zhì)均采用輕原子(或分子量)的物質(zhì)。雖然電熱炮的工作模式和結(jié)構(gòu)決定了它的性質(zhì),但工質(zhì)對其性能也有重大影響。

參考資料 >

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