線圈炮的相關(guān)研究

1、1線圈炮的相關(guān)研究學(xué)生：姜指導(dǎo)老師：張內(nèi)容提要：線圈炮為電磁炮的最早形式，本文對線圈炮的發(fā)射原理進行了一定的了解，并對發(fā)射電樞為閉合線圈的受力進行了分析推導(dǎo)。用鐵釘作為發(fā)射電樞，用手頭材料制作了一個簡易的線圈炮。并在實驗中，采集數(shù)據(jù)，得到電樞出口速度與其所在位置的關(guān)系曲線，并分析相關(guān)誤差產(chǎn)生的原因。關(guān)鍵詞：線圈炮、電樞、出口速度1、引言本實驗研究的線圈炮為單級感應(yīng)線圈炮，屬于電磁炮，是一種新概念武器。此次實驗的主要目的是對這一動能武器進

2、行深入了解探究，明白其發(fā)射原理，了解其受力因素，并通過實驗進行驗證。2、實驗背景電磁動能武器[1]即電磁炮是近年來研制的新型武器是利用電磁加速技術(shù)制成的一種先進的動能殺傷武器.與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸的機理不同電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場與彈體的作用力發(fā)射炮彈.由于常規(guī)火炮是由火藥爆發(fā)力來發(fā)射最大速度一般無法超過2kms，而電磁炮發(fā)射彈體時可對彈體受力進行控制使其速度可遠遠超過常規(guī)火炮因而自20世紀(jì)80年代初期以來電磁炮在新

3、式武器的發(fā)展計劃中已成為越來越重要的部分.目前已有的成果主要有四類即導(dǎo)軌炮、線圈炮、電熱炮、重接炮。本實驗研究的主要是是線圈炮。三、實驗原理線圈炮[3]一般由儲能電源（如電容器組）、驅(qū)動線圈、發(fā)射組件（包括電樞和彈丸）及控制開關(guān)等組成?；窘Y(jié)構(gòu)見圖1。圖2線圈炮的基本結(jié)構(gòu)在單級感應(yīng)線圈炮的發(fā)射過程中驅(qū)動線圈固定，電樞最初位于驅(qū)動線圈中間偏右的位置，接通開關(guān)給驅(qū)動線圈輸入脈沖大電流，電流流經(jīng)驅(qū)動線圈產(chǎn)生脈沖強磁場使電樞內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于

4、驅(qū)動線圈中的電流和電樞中的感應(yīng)電流方向相反而互相排斥。驅(qū)動線圈受向左的排斥力，由于被固3R樞為電樞的電阻，U0為電源電壓。聯(lián)立（2）（3）（4)(5)(6)式可得電樞受力為(7)2222203LR4012210)))(((LRe2U2)(2dxdrrxlxlrxxdxdRRRlNRFt?????????阻樞）（??當(dāng)時間t小于1msF為大于1N的量，當(dāng)t=10ms時，F(xiàn)無限接近于0，考慮到摩擦力與加速過程，電樞可近似為不動。鐵芯具有增強

5、磁場的作用，則用鐵釘作為電樞可將受力大幅度提高，但也因為這個特性很難計算鐵釘?shù)氖芰?，但假設(shè)以上原理仍舊適用，只能研究電樞的出口速度與初始位置的關(guān)系。令鐵釘與驅(qū)動線圈的中心距為l出口與地面的垂直距離為h，鐵釘落點與出口的水平距離為x，出口速度為v則由拋體運動方程vtx?221gth?得到出口速度(8)hgxv2?四、實驗過程：1、制作驅(qū)動線圈：取一根吸管，半徑為3mm作為骨架纏制一個線圈，導(dǎo)線半徑為0.41mm，線圈長為5cm，內(nèi)徑為3m

6、m外徑為7mm。2、選擇直流穩(wěn)壓電源：在本實驗中利用電腦適配器將220V交流電轉(zhuǎn)換為19V直流穩(wěn)壓電作為電源。3、選擇電樞：鐵釘（長3.0cm重1.78g)4、放置器件：將驅(qū)動線圈置于高46.2cm的物體上，在出口方向上的地面鋪一層細土以確定鐵釘落點位置。5、采集數(shù)據(jù)：按照圖一連接電路（裝置圖如圖三），固定驅(qū)動線圈，調(diào)節(jié)鐵釘位置使得兩者中心距分別為2.0cm、2.5cm、3.0cm、4.0cm、4.3cm4.5cm.短時間接通電源，分別