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【转】物理学硕士对于电磁炮的看法

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先说我理想中的电磁炮吧,应该有几个要求
1,炮弹和炮膛间可以做到无接触。
以电磁炮的超高速度,一旦炮弹和炮膛有接触,极大的硬件损耗就是避免不了的。无论是用铜用钨,还是以后用石墨烯都是没有办法避免的,只能减小。
2,电子电路尽量简单。
通常,电磁炮的电流极大,绝对不是一般的电子元件能够承受的,虽然也在努力提高电子元件的耐压耐电流能力,但是终究有限,会提高电磁炮的制造难度,降低电磁炮的可靠性。
3,可以多级加速。
一个好的电磁炮应该可以实现多级加速。这样的话,也可以降低瞬间电流,提高加速加速的距离。
4,尽量小的反拉。
这个没啥说的,想提高效率必须尽力避免反拉。


来自手机贴吧1楼2017-02-25 16:34回复
    2016-8-3
    操作
    现在,贴吧做的最多的是磁阻式电磁炮,这种结构的优点就是结构简单,原理简单。可以多级加速。
    满足1,2,3点,但是缺点是反拉比较大,而且几乎无法避免。 另外铁磁体比较容易磁饱和。个人做做能量较小的时候看不出来,应用于军事或者工业的时候就会表现出来,很容易达到上限,所以不太适用于小打小闹以外的场合。
    WZD3300328: 你需要可关断 2016-8-9
    待我想一下: 回复 WZD3300328 :大哥,我是物理专业的硕士,你这种看起来高大上,实际小儿科的玩意儿能别在这现么? 遇到你这样不停蹦名词的我就很无奈了。 2016-8-9
    WZD3300328: 回复 待我想一下 :然而确实可以极大的减小反拉 2016-8-9


    来自手机贴吧2楼2017-02-25 16:35
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      第二个就是轨道炮,据说军事上用的电磁炮基本都是轨道炮? 炮弹在轨时可以一直加速,所以可以认为是连续的多级加速,所以2,3,4点都是满足的。唯独这个1,无论如何无法避免。也是它最大的短板。
      而其他方面相比其他结构都是极大优势,结构最简单,反拉非常小,在轨期间几乎可以一直加速,而不是分段加速。
      但是1又是电磁炮最应该避免的缺点。
      zzr81: 可以避免接触的 2016-8-5
      WZD3300328: 你需要离子电枢 2016-8-9
      待我想一下: 我真是懒得回这样的,美国现在做的就是轨道炮,一般也就发射十几次就得换导轨。总以为嘴巴一张一闭,崩出个自己都不知道啥意思的名词就把问题解决了。看着听起来高大上的东西见多了……连光电效应我都考虑过OK? 2016-8-9
      WZD3300328: 回复 待我想一下 :我根本没提轨道烧蚀 2016-8-9


      来自手机贴吧3楼2017-02-25 16:35
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        第三就是楞次炮,采用楞次定律,满足1,2,4.
        是我很喜欢的一个设计,但是贴吧里面通常是把线圈缠成饼状,但这样的话不便于多级加速,而且想效率高的话炮弹形状也会有点奇怪。
        氫氧化钠: 有一款外国设计多级的是使用火花间隙触发的,我很喜欢


        来自手机贴吧4楼2017-02-25 16:35
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          还有一种贴吧上绝少出现,但是经常被说的神乎其神,满足所有1,2,3,4要求,但是原理扑朔迷离的重接炮。
          因为性质非常好,虽然困难很多,但是我还是见过有人尝试做重接炮的。不过最后貌似都没了下文。不出意外的话应该是都失败了。
          随着我现在对电磁炮的理解,重接炮的运作是需要炮弹有初速度的,而且是需要有很快的初速度才会有比较好的效果。我认为这就是大多数吧友做重接炮失败的原因之一。
          事实上我把重接炮归为一个更大类别中的一个:侧面加速式电磁炮。 即线圈从侧面提供切向与线圈的力推动炮弹前进。
          重接炮是其中的一个,其实侧面式还有其他结构。
          比如机械电表的表盘,也是一种电磁加速装置,同样也是供切向于线圈的力推动表盘前进。只需要给线圈通过交流电就可以实现运动。
          但是侧面加速并不是一点问题没有,如果两侧受力不均,炮弹可能会感应出轴向的力,从而推动炮弹偏离轨道。


          来自手机贴吧5楼2017-02-25 16:36
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            目前我主要是把目标定在楞次炮和侧面加速式电磁炮上。 这两种也可以归为一个更大的类别,感应炮。
            总之一个必须接触的轨道是我想首先避免的。
            结构并不一定局限于前人提出的结构,比如电表型也是一个可行的方案。这种结构可以给炮弹提供一个固定的力,无论炮弹的速度,适用于多级加速。对控制电路的要求低,一定程度简化了电路。且反拉可以减到比较小。但是这种结构也有一个致命的缺陷。


            来自手机贴吧6楼2017-02-25 16:36
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              2016-8-4
              操作
              差点忘了这个帖子了。 其实我发这个帖子主要是想鼓励和找到跟我一样对感应炮寄予厚望的人。(比如我)
              另一方面就是想表示,其实电磁炮的原理有很多种,其实我们除了堆电容找开关,也是可以在结构上动一动脑子的。
              然后填一下昨天挖的坑,就是电表式是什么鬼。
              有兴趣的可以去搜一下机械电表的结构,电表的表盘运动是在电磁动力和电磁阻尼的两个合力的作用下转动。两个力都是动过感应施加在表盘上的。其中阻尼是一个永磁铁,只要把电表里的这个永磁铁拆掉,电表就会越转越快,加速度和电功率成正比。
              三水合番: 建议楼主用“异步感应式”代替“电表式”,毕竟这种感应式电磁炮显然不是受“电表”的启发而出现的。而且使用“异步感应式”还可以减小被当成民科的几率。 2016-8-4
              待我想一下: 回复 三水合番 :看了楼下你的说法,可能并不完全是你理解的那样,并不是利用行波磁场推动的炮弹。 2016-8-8


              来自手机贴吧7楼2017-02-25 16:37
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                电表的这个结构如果用来做电磁炮应该也不错,但是这种结构也有缺点。
                因为其中会用到一个感抗很大的电压线圈,和一个感抗很小的电流线圈。由于楞次定律都会给炮弹一个侧向的力,当功率比较小的时候无所谓,大了就会影响炮弹的轨迹。这个不知道能不能通过合理安排而平衡掉。
                当然好处也是显而易见的,多级加速时几乎不需要复杂控制系统,甚至直接给线圈通交流电就可以。
                这个其实是一个引子,电磁炮如果巧妙的设计是可以规避很多缺陷的。
                三水合番: 电压线圈和电流线圈都是啥2016-8-4
                zkwandwyx141: 可以,原理是好的,但是机械表是旋转,那咋么把曲线运动应用到直线运动上呢? 2016-8-4
                zkwandwyx141: 而且,你说的电磁表靠感应运动没错,但那其实就是个普通的电动机,这我以前也想过,但唯一想到的就是给炮弹进行预自转,但是预自转是不可能有效果的。 2016-8-4
                三水合番: 回复 zkwandwyx141 :把旋转的电机展成直线的就可以了。如果我没理解错的话,楼主说的“电表型”,是用磁行波和弹丸之间的滑差产生电磁力做功的,参见电炮原理上的异步感应线圈炮。 2016-8-4
                zkwandwyx141: 回复 三水合番 :那不就是个直线电机 2016-8-5
                三水合番: 回复 zkwandwyx141 :本来不就是直线电机 2016-8-5
                zzr81: 告诉你,这种方式怕的就是大的速度变化,而炮弹偏偏需要从低速极快的加速到理想的速度,显然是不适合的 2016-8-5
                wyfdh天下: 接触式和非接触式的轨道炮,感觉好像有刷电机和无刷电机的区别…就是如何把旋转运动变成直线动动


                来自手机贴吧8楼2017-02-25 16:37
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                  随手用画板画了一下原理,不过貌似画的这么所以随意反而更容易被当成民科。
                  待我想一下: B1是变化的磁场,会在导体中感应出电流I, 于是电流I在磁场B2的作用下就会推动炮弹。简单的解释就是这样。 2016-8-8
                  待我想一下: 这楼画出来,我就把自己在楼上用文字解释的删掉吧。 2016-8-8
                  三水合番: 回复 待我想一下 :这种结构与单线圈的方案相比有哪些优势?楼主又打算用什么方式产生恒定磁场呢?使用恒定磁场的话,回拉又打算如何处理呢?另外,这个原理上与电表又有什么关系呢? 2016-8-8
                  待我想一下: 回复 三水合番 :用衡磁场只是简化了结构,事实上磁场B2也是一个变磁场,在B1产生的感应电流最大时,磁场B2最大。这要求B1和B2有90度的相位差,这就是我说的两个线圈,此时可以做到利用率最高。用衡磁场的话,铁磁体磁力毕竟有限,不适合作太大的功率。 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 : 单线圈就是楞次炮嘛,做到现在大家都挺了解了,首先是结构很难多级加速,炮弹形状会很奇怪。炮弹做成一般样式的话,效率捉急。 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :在速度较高的时候,感生电流并不是在驱动电流变化最快时最大,而是在驱动电流最大时最大。你提到的这个原理仅在速度很低,即弹丸线圈电阻远大于其感抗的情况下成立。 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :另外,空间上有间隔的两个有相差的波源产生的波,是可以等效成行波的 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :同轴感应式不是很常见吗(中文论文搜“线圈炮”出来的基本都是这个)…没发现弹丸形状有多诡异或者效率多可怜(高速下) 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 :你说的那些同轴线圈跑都是PS画出来的原理图……还有这个在单纯衰减或增加的电流下,或者B2是衡磁场的情况下也可以,行波的却不行。说到底他们的原理是不一样的。 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 :而且原理本身是什么都无所谓,主要的优势是这个的相位差并不是由电子电路控制的,这种大电流的东西相应的晶体管很难制造,而且会讲题可靠性,是我在原则2尽量避免的。 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :“PS画出来的”你是想说同轴感应式现实中并不存在,所有相关研究都是虚假的吗? 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :我想说的是你提到的两个相差90度的正弦波可以等效成行波……即B1+B2=行波,而不是将B2变成行波 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 :肯定不是说虚假的,但是你可以自己想一下,如果炮弹在线圈内,你可以分析一下,其实此时炮弹的受力很小,真正受力最大的就是刚出线圈的那个位置。但是在这个位置同轴炮弹的截面积太小,利用率相比起圆饼很低,而离开线圈后又会迅速离开磁场范围。简单说就是有效加速距离太短。 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 :我知道你的意思,所谓的行波就是B1和B2先后达到最大值,模拟磁场动,带动其中的导体运动。三相交流电机和直流无刷电机都是这种原理。如果B2是衡磁场的时候还是行波么? 他们的原理压根不一样…… 2016-8-9
                  待我想一下: 回复 三水合番 : 使用行波法,炮弹的最高速度就是行波的运动速度,炮弹速度和行波速度是一样,约接近行波速度,加速度越小。而我给出的这个和高斯炮一样,不过相当于把炮和炮弹组成一个在炮弹内产生环形电流的发电机。加速度效果和高斯炮一样是恒定的,和电功率成正比。 2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :同轴感应式的正常工作状态应该是弹丸在线圈内的时候建立磁场储能,弹丸离开线圈的过程中释放储能。受力小的时候反而有助于建立储能,因为避免了电磁力做功时产生的反电动势。至于有效加速距离短,那只是分级不够细的问题2016-8-9
                  三水合番: 回复 待我想一下 :我又没说当B2是恒定磁场的时候能等效成行波…… 2016-8-9


                  来自手机贴吧9楼2017-02-25 16:40
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                    最关键的是提高效率民用没有超导,很大的消耗都是电阻消耗,提高效率可能有发展,不然都会遇到瓶颈,
                    待我想一下: 我感觉我们现在的能力距离需要靠超导来提高效率还有很大的距离,能减小反拉就能让效率提高i高几倍,再加上多级加速,突破个音速不应该像现在这么困难。 2016-8-9
                    三水合番: 电阻仅在低速下占损耗的大部分,高速下(上km/s)电阻的损耗只会占小部分,即使是整体激励的轨道炮其电阻损耗也可以降到总损耗的20%,此时主要就是剩余磁能的问题了。而且目前超导材料还不适合电磁炮使用,因为电流太大会失超。而电流小了加速度又小,不实用。 2016-8-9
                    zzr81: 回复 待我想一下 :解决反拉其实挺容易的,只要加上控制就可以,我看吧上没几个用上控制,顶多也就一个光电模块 2016-8-9
                    zzr81: 回复 三水合番 :比如一个电容,放完电可能都在电路上损耗了一半能量。我手上没有什么仪器,没能准确测量数值。总之一句要有爆发力就必须有电流,电流大了必然会在电阻上消耗能量。 2016-8-9
                    待我想一下: 回复 zzr81 :电路可以解决很多问题,理论上电磁炮这玩意没有什么是一个单片机搞不定的。但是用到大功率场合,控制电路约简单,数量越少越好。 2016-8-9
                    zzr81: 回复 待我想一下 :你搞错了,电路是要简化,但不是无视控制,简化的是只有电源(电容),线圈,开关(管子)和导线这几个大电流环节,控制部分不应该简化! 2016-8-9
                    待我想一下: 回复 zzr81 :控制需要开关管吧,需要继电器吧,这些玩意儿可以说是现在做大功率电磁炮最大的困难之一。另一个我一直考虑的问题就是电磁炮的电容和线圈天然的构成一个LC震荡电路。并不是一次放电就能完全释放能量的,会有很多能量作为磁场被储存起来。这也是我那么关注“我上面说的那种结构的一个原因 2016-8-9
                    zzr81: 回复 待我想一下 :不能振荡! 2016-8-9
                    三水合番: 回复 待我想一下 :继电器是什么鬼 2016-8-9
                    三水合番: 回复 zzr81 :振荡是可以的,而且对于低速小口径感应式,甚至是必需的。单向激励会导致弹丸线圈电流严重衰减,而且回拉严重,效率很难看。目前看来感应式低速下用多个振荡模拟磁行波是最好的加速方式。 2016-8-9
                    zzr81: 回复 三水合番 振荡会带来阻力,也就是在你电流下降的时候,会拖住蛋蛋 2016-8-9
                    待我想一下: 回复 zzr81 :其实所谓磁阻式完全不是你想的那么简单。磁场同样会产生感应电流,这个感应电流是反推的。不导电的铁氧体的饱和磁场是小的可怜的。铁磁性物质是有磁滞回线的,剩余磁场在下一级也是会产生斥力的。我说了我专注电磁炮30年,虽然是开玩笑,但是你说的这些我早就想过了。 2016-8-9
                    待我想一下: 回复 zzr81 : 震荡未必就一定是不好的,三水在另一个帖子里给的一个外国设计师的作品就是用震荡提供动力,提高磁阻式效率的,但是这种东西需要计算线圈的间距,而且毕竟是磁阻式,提高了我估计也就那样。 2016-8-9
                    待我想一下: 回复 zzr81 : 那个设计我以前也想过,不过我排斥磁阻式,所以没有去做。我情愿拿这种思路来做感应式,所以选择了我前面说的那个交流电都可以提供动力的结构,甚至连二极管都可以省掉。能通过几百安电流的二极管可是不多见。这还是小打小闹,工业上不知道会有多少安。 2016-8-9
                    三水合番: 回复 zzr81 :考虑到弹丸的电感,回拉(弹丸线圈电流过零)会在驱动电流开始减小到驱动线圈电流过零间的某一点才出现,且振荡频率越高,离驱动线圈过零越近。用严格对称的正弦波驱动同样可以让电磁力做正功。 2016-8-9
                    zzr81: 回复 三水合番 :感应和磁阻是两回事。感应是推力,磁阻是吸力。感应需要的是增大的磁场,磁通增加,就有推力,相反,磁通减少时,就是吸引力。磁阻的是吸引力,当过来最小磁阻位置时,吸引力就会调转方向与运动方向相反,变成阻力。磁阻,需要经过最小磁阻那一刻就切断电流;而感应避免反拉就... 2016-8-9
                    三水合番: 回复 zzr81 :是回复我的吗关于感应式回拉什么时候出现可以凑合着看一下下面这篇帖子,关系不大但是可以参考http://bbs.kechuang. 2016-8-9
                    godswindyear: 并不是电阻导致效率低,你不信仿真一下 2016-8-9
                    zzr81: 回复 godswindyear :我没说磁阻效率低,我是说民间的全部都是渣渣2016-8-9
                    godswindyear: 回复 zzr81 :您在哪里上班?,不过民用确实渣渣 2016-8-9
                    godswindyear: 提高效率应当用超导磁,磁阻才是关键 2016-8-9
                    zzr81: 回复 godswindyear :磁阻高速不行啊,始终有感应力存在,爆发力不足 2016-8-9
                    godswindyear: 回复 zzr81 :不是感应力的问题吧,你把涡流设置为0也是这效率 2016-8-9
                    zzr81: 回复 godswindyear :感应力无非避免,只要你用导体做蛋蛋,而且还要爆发力的话 2016-8-9
                    三水合番: 回复 godswindyear :常见材料不能视为“超导磁”吗?45钢的相对磁导率峰值都可以达到600左右,即使是1.8T的磁感应强度下,也有将近100 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :不够的 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 zzr81 :突然觉得你说得很有道理 2016-8-10
                    三水合番: 回复 godswindyear :那么要到大约多少才能算是“超导磁”呢?对于100左右的相对磁导率,不考虑能量回收的话,效率最大大约能到多少? 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :6000都低,当然仿真证明线圈外包铁有效提高效率,导磁越强肯定效率越高 2016-8-10
                    三水合番: 回复 godswindyear :用maxwell仿真可以直接得到定量的效率吗? 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :越大越好倍,就是现实中无法实现罢了,软件中就是一个数字罢了 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 zzr81 :不过我仿真时设定感应力为0,效率也就那样 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :你获得速度后自己算一下不就好了 2016-8-10
                    三水合番: 回复 godswindyear :你是说maxwell只能得到效率变化的趋势而不是效率的具体值吗? 2016-8-10
                    zzr81: 回复 godswindyear :本来电磁炮效率不可能高,20多就算很高很高了,50%的效率我看你不用想了,你说不高是多少? 2016-8-10
                    zzr81: 如果现在民间做的效率只有2%,把效率提高到3%,差不多可以理解为威力提升50%,是不是 2016-8-10
                    zzr81: 电磁炮的目的是替代火药驱动的传统火炮,要是不能超越传统火炮的威力或者效率,其实也就是一玩具算是一件成人玩具 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :也许可以吧,英文的我也搞不清哪个是哪个2016-8-10
                    godswindyear: 回复 zzr81 :20%天顶星科技啊,我弄到极致也就6%多一些 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 zzr81 :武器发展本来就是效率越来越低的 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 zzr81 :电炮输入量大,大力出奇迹 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :子弹增重也可以增加效率 2016-8-10
                    三水合番: 回复 godswindyear :如果maxwell只能定性分析的话,那它和大家的经验结论相比貌似并没有什么优势……你提到的增重,加轭铁对效率的影响,差不多也算是众所周知了吧 2016-8-10
                    三水合番: 回复 zzr81 :火炮的效率还真不一定比得过电磁炮,但是它的储能介质的能量密度高……目前来看,在常规的枪炮领域内,电磁炮在很长一段时间内相对于火炮都会处于绝对劣势。 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :现在应该就是理解作用原理,提高效率,待超导技术上来了就可以展现威力。另外,高压方向可以考虑,不过民间做初速不好搞 2016-8-10
                    三水合番: 回复 zzr81 :电磁炮相比于传统火炮的主要优势在于速度,而不是威力,毕竟火炮只要把口径做大,火药放足,威力也就上去了,比如二战时的列车炮……但是由于火药燃气有质量,所以在2km/s左右就难以有效加速弹丸了。而电磁炮在高速下依然可以正常工作,比如轨道炮很久以前就破第一宇宙速度了。 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :我表达有误。同样打一炮,能打到传统火炮达不到的地方(我威力的原意),同时又比用燃料助推的模式更经济。这应该就是电磁炮武器最理想的生存空间 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :并没有众所周知,吧里的保守派挺多的 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :maxwell是定量分析的,但是你想一次性出参数-效率曲线图的话你的电脑会崩溃 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :就是你设计一种电机它仿真一下,改一下再仿真一下,我是这么用的 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :@我叫欧阳鑫 2016-8-10
                    三水合番: 回复 godswindyear :maxwell可以直接给出某一组参数下的效率吗?能考虑到我在19楼提到的几点吗?另外,为啥要给我回复一个@欧阳鑫 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :他是保守派,否认外包铁提高效率 2016-8-10
                    godswindyear: 回复 三水合番 :效率不清楚,速度是给出的,然后自己算一下也就是效率了 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :实验室做出的初速是快,民间的初速全是渣渣,基本没有能超过普通手滚的。要是比速度,激光就比电磁炮快,可是远距离受大气影响严重,对表面光亮的物体杀伤大减。目测激光武器主要用于现有空中武器的拦截(导弹、战机等),已经太空战。电磁炮主要用在远程的对舰、对设施等方面,手持 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :手持的没法和现有武器比较。就算是弩,也把现有手持的电磁滚虐成渣 2016-8-10
                    zzr81: 回复 zzr81 :推测,电磁炮主要发展方向就是提升效率,传统火炮打不到的,电磁炮可以打到,毕竟初速大可以超过第一宇宙速度,跨大陆也是可能的,而且只用电,成本低,随便射 2016-8-10
                    三水合番: 回复 zzr81 :你想说的是“初速”还是“出速” 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :就是收到电磁力前的速度,实际应用基本都是电池力做二次加速使用 2016-8-10
                    zzr81: 那打错了 2016-8-10
                    zzr81: 回复 三水合番 :那打错了


                    来自手机贴吧11楼2017-02-25 16:41
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                      驴行天下


                      IP属地:广东来自Android客户端12楼2017-02-25 23:19
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                        他在说自己


                        来自手机贴吧13楼2017-02-25 23:56
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                          吧主曾经爆过零点三马赫就是亚音速的神论


                          14楼2017-03-31 21:04
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                            欧阳是个好同志,虽然有点傻


                            15楼2017-04-22 15:47
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