磁化等离子火炮究竟是什么“黑科技”

　　出品：科普中国

　　作者：兰顺正

　　策划：宋雅娟

　　监制：光明网科普事业部

　　近日网上流传的全军武器装备采购信息公告

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　　2月13日，一则关于全军武器装备采购信息的公告资讯在网络上流传开来，这次公开的21条采购公告信息中，有2条公告涉及到“磁化等离子火炮”，分别是《磁化等离子体火炮原理试验测试系统》和《磁化等离子体火炮原理试验发射系统招标公告》。那么听起来非常新颖的“磁化等离子体火炮”究竟是什么样的高科技呢？

　　传统火炮性能的提升空间已十分有限

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　　传统火炮发展遇“瓶颈”

　　化学能武器（尤其是火药驱动武器）经过长达百余年的发展，早已成为了当今常规武器的主流。随着现代科技和武器工业的发展，火药驱动武器的初速和射程越来越高，但是这种提高不是没有上限制的。根据内弹道理论，火药燃气的极限速度和火炮热效率决定了弹丸初速。常规火炮发射时高温高压火药气体膨胀推动弹丸向前运动，当气体膨胀的马赫数达到6时，气体在膛内产生激波，气体的密度、温度在激波处会大幅增加，对弹丸的推进力会减小，这就是常规火炮初速难以超过6马赫数（约2km/s）的主要原因。目前，通过增加装药量和提高装填密度来提高初速的方法已难以突破火药燃气滞止声速与身管寿命的局限。为了能够打破“瓶颈”，武器设计师们也是绞尽脑汁，各种新概念火炮如电磁轨道炮和电热化学炮等纷纷应运而生，而磁化等离子火炮技术也属于其中之一。

　　火炮发射时会在身管内产生等离子体

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　　磁化等离子技术另辟蹊径

　　近年来，磁化等离子体流动控制及应用技术发展迅速。合理利用磁场与具有一定导电性的等离子体之间的相互作用，可实现应用中所需的不同磁化等离子体效应。目前，磁化等离子体效应主要包括：改善气动特性、抑制湍流强度、降低壁面摩擦、强化传热／隔热、压力各向异性、传热各向异性等。目前国内在航空飞行器隐身、新型热障材料研制、高超音速风洞等方面，都对等离子体进行了深入研究和应用，成果卓著。而由于火炮发射过程中火药燃烧会在身管内产生等离子体，因此武器专家就想到通过施加磁约束的方法来改善内弹道过程中火药燃气等离子体的流动特性，以提高火炮性能。

　　具体做法是：在火炮身管内添加高磁性材料或外置磁场发生器，从而使火炮发射时在身管内壁形成磁化等离子体鞘层。据报道，这样的磁化等离子体鞘层可对火炮产生如下作用：1、使火炮身管的吸热量大大降低，从而减少身管的热烧蚀；2、降低发射时火炮身管所受的径向力，延长身管寿命，并能够使身管适当的减小壁厚，增强机动性；3、增加发射时火药气体对弹丸的推力，由于火炮身管的吸热量的减少，火药气体的热损失较少，从而向外的做功增加。4降低了火药气体热化效率，身管中不易产生激波，气体动能相对增加，从而使对弹丸的推力增加，增大了弹丸的出膛速度，使火炮的初速有望突破常规火药气体6马赫的迟滞声速极限。

　　“装工院”在15年已申报专利

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　　中国的独门“黑科技”

　　过去一提到“黑科技”这个词总是想到国外，但是磁化等离子火炮应该是中国的独门秘技，目前国外还没有过相关项目的报道。笔者查阅资料，发现该技术国内在2015初已经申报专利，而申报者正是笔者的母校——中国人民解放军装甲兵工程学院。同时在申报材料中还公开了安装有该磁化等离子体火炮的坦克、自行火炮、牵引火炮，说明在当时至少该技术的试验火炮已经问世了。如今，“磁化等离子体火炮”正式进入了我军的装备采购公告，预示该技术已趋近于成熟。

　　划重点：磁化等离子体火炮技术可以在火炮发射时，通过磁场在身管内壁上形成磁化等离子体鞘层，既能使火炮身管所受径向力大幅降低，又能提高弹丸的推动力增大弹丸出膛速度，同时还可以大幅提高身管耐热性延长使用寿命。