论文总字数：23315字

摘 要

ABSTRACT 3

第一章 绪 论 4

1.1背景 4

1.2电磁发射装置研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用 4

1.2.1军事应用 5

1.2.2航天应用 6

1.2.3其他领域内的应用 6

第二章 电磁炮的原理 7

2.1电磁炮的分类 7

2.2基本原理 7

2.2.1线圈炮 7

2.2.2导轨炮 15

2.2.3重接炮 18

2.2.4电热炮 24

第三章 单级脉冲感应型线圈炮 25

3.1脉冲感应加速原理 25

3.2麦金尼分析法 28

3.3 哈特分析法 31

3.4伯纳德斯分析法 33

第四章 单级脉冲感应型线圈炮的设计 40

4.1弹丸的加速力模型 40

4.2驱动线圈模型 40

4.3弹丸模型 42

4.4驱动线圈和弹丸之间的耦合模型 44

结语 44

参考文献 44

致谢 45

电磁发射装置的设计

摘要

电磁发射技术是脉冲功率技术新开辟的一个极有前途的应用领域。与传统的化学推进技术比较起来，具有明显的优越性，为超高速发射物体提供了一条新的道路。本文针对电磁发射技术进行了理论分析、数据处理和模型设计。

首先,介绍了几种类型的电磁发射器的原理和特点,选择了效率较高的脉冲感应型线圈炮作为研究对象。然后线圈炮的发射机理进行分析,通过麦金尼分析法对装置进行了设计。

关键词：电磁炮 单级脉冲感应型线圈炮 麦金尼分析法

Design of electromagnetic launcher

ABSTRACT

Electromagnetic emission technology is a promising application field for pulsed power technology. Compared with the traditional chemical propulsion technology, it has obvious advantages, and provides a new way for the ultra high-speed launch of the object. In this paper, the electromagnetic emission technology is theoretically analyzed, data processing and model design.

Firstly, the principle and characteristics of several types of electromagnetic launchers are introduced, and the high efficiency pulse induction coil gun is selected as the object of study.Then the launching mechanism of the coil gun is analyzed, and the device is designed by Mckinney analysis.

Key words:Electromagnetic artillery Single stage pulse induction coil gun Manikin analysis

第一章 绪 论

1.1背景

传统火炮自出现至今已有600多年的历史，所使用的发射动力都是由各种固体发射药提供的。但固体发射药所能提供的动能十分有限。由于火药燃气的膨胀速度限制，传统火炮的初速度一般很难超过2km/s。

所谓的电磁发射技术就是把电磁能转化为动能的一种技术,主要是运用电磁力来做功。随着时代的发展，对炮弹速度和动能的要求也越来越高。为了使火炮能够达到更高的初速度，人们不断研究并创造出了各种新式“火炮”，而电磁炮则是其中最璀璨的新星。上个世纪70年代以来，各个国家的军工部门都开始研究有关于电磁发射技术的新型兵器，并且获得了很大的研究成果。

电磁发射装置的组成部分主要有发射装置、被发射物体和高功率的脉冲电源。发射装置实际上就是高功率脉冲电源的负载，由电源对它提供庞大的电能，而被发射物体则是由被发射的有效载荷和它的承受装置组成，它在发射装置上被加速到极高的速度。

相比于一般的发射方式，电磁发射具有不可忽视的优势。电磁发射方式可以产生较大的动能，能把弹丸加速到化学发射方式很难达到的超高初速度，而且速度是可以调控的，射程，精度，威力比传统方式要高的多，发射过程不易受干扰，无噪声、烟雾等负面效应产生。因此这种技术在防空反导、微小卫星发射、超远程压制等领域具有相当重要的应用和发展前景。由于电能较机械能和化学能有许多明显的优点，电磁发射技术有更为广泛的应用领域。

1.2电磁发射装置研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用

由于电磁发射技术具有明显优势，国际电磁发射会议及各国际主流杂志的预测来看，在21世纪，传统发射方式将被电磁发射方式所代替，在炮弹、导弹、火箭器、飞机及航天的发射技术领域得到广泛应用，从而使装备的性能、技术得到巨大的提高。在1985年，美国国防科学委员会提出：“在未来，高性能武器必然以是电能为基础。”

从20世纪80年代起，美国就对电磁发射技术研究工作非常重视。数十年间，美国陆军、海军以及空军从未中断过对于电磁发射技术的研究，并且获得了许多重大研究成果。在这方面研究的长期持续和积累，使美国在电磁发射技术领域处于世界领先水平。

除此之外，世界上其它一些国家的研究工作也取得了较大进展。1999年，俄罗斯用电磁轨道炮进行了打击目标试验，在4km空中穿透了2枚“飞毛腿”靶弹。德国方面目前也已经研制出了口径为20mm和45mm实验用电磁轨道炮，弹丸发射初速度分别达到了2.374km/s和2.54km/s。

我国, 对于电磁发射技术的研究工作开始的比较晚。在20世纪80年代初期, 一些关于电磁发射技术的有关内容在刊物上相继发表。1987 年新概念、新原理兵器课题组在提供的兵工情报研究报告“新概念、新原理兵器的发展与分析”一文中, 将电磁发射装置(电磁炮)列为八项新概念兵器之一。1986年中国工程物理研究院流体物理研究所、中科院等离子体研究所分别建立了电磁导轨炮试验装置: 中国工程物理研究院流体物理所于1986年底率先建造了我国第一台导轨式电磁发射实验装置。中科院等离子体物理所于1990年建成了一台线圈式电磁发射装置。1995年,石家庄军械工程学院的王莹教授在世界电磁发射技术领域第一次出版了《电炮原理》等3本相关专箸,对电磁发射技术进行了系统的总结。此外, 国内尚有几个单位在“九五”期间进行电磁发射装置的理论研究或部件性能单元技术的跟踪研究工作。

1.2.1军事应用

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