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一文看懂福建舰的“电磁弹射”原理

2022-06-27 射频学堂 阅读:
最近被福建舰刷屏了,“电磁弹射”这个名词深深吸引了我,这个可又是射频工程师的巨大贡献,向奋斗在国防第一线的所有射频人致敬!电磁弹射第一次应用在航空母舰上的是美国在2013年……

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最近被福建舰刷屏了,“电磁弹射”这个名词深深吸引了我,这个可又是射频工程师的巨大贡献,向奋斗在国防第一线的所有射频人致敬!

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电磁弹射第一次应用在航空母舰上的是美国在2013年下水的福特级航母,第二次就是我们的003福建舰了,据说福建舰的电磁弹射系统的先进性甩开福特舰好几条街。
那么到底什么是电磁弹射呢?通俗来说就是利用电磁能量来推进物体运动。在我们的003航母福建舰上,用电磁能量来推进舰载飞机的起飞和降落;同样呢,也可以用来推进子弹/炮弹的发射,制造电磁枪,炮。
我们先看看一个简易电磁枪是怎么通过电磁线圈加速子弹的?如下图所示,子弹弹射通道由一组互相隔离开的电磁线圈组成,这个线圈就是法拉第实验的线圈是一样的,当电流通过线圈时,在线圈的中心会产生磁通量(磁力),当含有磁性的子弹通过第一个线圈时,会被线圈产生的磁力拉向线圈中心,然后第一个线圈关闭,第二个线圈打开,子弹被加速到第二个线圈中心,第二个线圈关闭,第三个线圈打开,子弹再次被加速..... 当这一加速过程被不断重复时,子弹将会达到很大的速度进而发射出去。反过来,如果线圈产生的磁通量与铁磁子弹的磁性是相同的话,就会阻止子弹的运动,这样就可以通过电磁线圈让子弹停下来。
下图是电磁线圈加速子弹

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对于熟练掌握法拉第定理的我们来说,是不是超级简单?老外就利用这个电磁线圈加速子弹的原理自己制作了一个电磁枪,可以发射任意铁磁材料做成的子弹,比如铁钉等铁磁物体, 所以说,国外人少也是有原因的。
下图是老外自制的电磁枪

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除了用法拉第线圈加速,还可以用轨道加速,这个轨道经过改进就可以用在舰载机起飞降落了。我们一起看一下用电磁轨道弹射是什么回事?如下图所示,电磁弹射轨道由两条平行的长直导轨组成,导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入交流电源时,强大的电流从一导轨流入,经滑块从另一导轨流回时,在两导轨平面间产生强磁场,通电流的滑块在安培力的作用下,弹丸会以很大的速度射出,理论上这个速度可以接近光速。2AFednc

电磁轨道加速示意图2AFednc

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把电磁子弹换成了舰载飞机,就构成了航母的电磁弹射器。原理上是不是一点都不难?但是我们知道,电磁驱动力与电流的平方成正比,如果要把一个几吨重的舰载机在短时间内推进到很高的速度,其需要的电磁驱动力要很大很大,需要的电流也是超乎想象的大。真正的落地实现,却是难上加难。从1920年法国人Friedrich Wohler 发明电磁轨道炮,到2013年美国福特级航母第一次真正意义上应用电磁弹射,科学家们奋斗了接近100年,也是差不多十年后的今天在福建舰上才应用上我们中国自己的电磁弹射系统。2AFednc

福特级航母结构示意图2AFednc

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下图是电磁弹射飞机起飞2AFednc

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电磁是个好玩的东西,可以应用到各个方面,感兴趣的同学一起留言探讨一下呗!
参考文献网址
  1. https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E5%BC%B9%E5%B0%84/1118224
    • https://baike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=7225f0f4a662293da29a7355&lemmaId=1626600&fromLemmaModule=pcBottom&lemmaTitle=%E7%94%B5%E7%A3%81%E7%82%AE
    • https://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/emals.htm
    • https://didyouknowfacts.com/us-supergun-shoots-bullets-magnets/
    • https://maker.pro/custom/projects/make-coil-gun-without-camera/
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