电磁炮基本原理的教学与实验模拟
广西民族学院学报(自然科学版)
第8卷第4期 JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.8No.42002年11月(NaturalScienceEdition) Nov.2002
文章编号:1007-0311(2002)04-0074-03
电磁炮基本原理的教学与实验模拟
潘彩娟,覃焕昌,黄红强
(右江师专物理与电子信息科学系,广西百色 533000)
*
摘 要:关键词:
简述电磁炮的基本原理,分析线圈弹体与铁磁质弹体的受力情况,实验模拟铁磁质弹体的发射1
电磁炮;原理;线圈弹体;铁磁质弹体;实验模拟
中图分类号:O441 文献标识码:A
物理学理论的不断发展与完善,有力地促进了社会生产力的发展,也促进军事能源的不断变革,促进作战兵器的不断更新.枪、炮是作战的主要武器之一.上世纪以火药作为推动力运送炮弹,将火药置于密封的枪、炮管中,火药爆炸时产生的高温高压气体将弹体推射出去.随着作战空间的不断加大,火药对提高炮弹在炮口的发射速度的能力已很有限,很有必要另辟新径.
1985年,美国国防科学委员会在装甲/反装甲技术讨论会上就做出结论:/未来的高性能兵器必然
[1]
以电能为基础.0电磁炮是利用电磁发射技术制成一种先进的杀伤武器,未来的物理教师很有必要了解电磁炮的基本原理.
目前的电磁炮主要有轨道炮和线圈炮,而线圈炮的基本原理可以用电磁学知识来分析,为了加强理论与实践应用的联系,我们着重介绍线圈炮.
1 线圈炮的基本原理
线圈炮的主要部件是螺线管,它是线圈均匀地密绕在炮筒上,螺线管的单位长度的匝数为n,炮筒的内半径为R,l为螺线管的长度.螺线管通入电流i1时,根据电磁学理论
[2]
,螺线管沿轴的B-x关系
如图1,在螺线管中部磁场均匀,端口附近磁场发散.螺线管端口附近p点B的轴向分量为
nL0i1(1-)(1)
2R
式中Lo为真空磁导率,x为p点坐标.B径向分量为
Bx=
L0ni1
4R
(2)式r中为离螺线管轴线的距离.
Br=
(2)
*
收稿日期:2002-06-10.作者简介:潘彩娟(1965-),广西百色市人,广西右江民族师专物电系讲师,主要研究方向:大学物理及其实验的教学;覃焕昌(1967-),广
西乐业县人,广西右江民族师专教务处副处长,电子工程师;黄红强(1965-),广西田东县人,广西右江民族师专物电系,讲师1
2002年第4期 p潘彩娟,等/电磁炮基本原理的教学与实验模拟
1.2 铁磁质弹体
弹体为铁磁质材料,设铁磁质弹体b与螺线管相对位置为xc(xc
H=nli1/(xc+l)
穿过弹体截面的磁通为
5=L0nli1s/(xc+l)
图1 B沿轴线分量
(7)
根据磁通连续定理,穿过每一匝线圈的磁通量等于上式,从而得到螺线管的电感为
L0nls=L(xc)=
xc+li1
电感是xc的函数.
系统的总能量为
W=
22
1.1 线圈弹体
弹体a绕有一定数量的线圈,如图2所示.当螺
线管通入电流i1时,弹体线圈感应电流为i2,为计算方便,在发生相互作用瞬间,可认为i1、i2为恒量.根据安培力公式
dF=i2dyl@B
利用斯托克斯(G.G.Stokes)公式
(3)
(8)
由于电感L与几何形状有关,从(8)式看这时螺线管
Q
5
xc为常数
i1d5
(9)
B#dl=k(ý
s
@B#(4)
把(8)式带入(9)式,由于xc保持常数,使电感也是
常数,因此,可把电感拿到积分号外,
W=
L(xc)
可以推出弹体线圈在磁场中所受平移力的公式为
F=
5d5=
2L(xc)i12
(10)
j
l
i2dl@B=i2ý5
(5)
根据虚功原理,沿xc轴方向的力为
|5=i2fxc=-