电磁轨道炮试验中炮口为何会出现火焰？

科普中国-军事科技前沿 2021-03-24

　　很多网友提问：电磁轨道炮的优点之一是射击时无声响、无烟雾、无炮口焰，但在很多的试验照片中炮口出现了明显的火焰，是怎么回事？这其实是由瞬间电弧产生的。

　　▲ 电磁轨道炮试验发射情景

　　电磁炮共有三类，分别是线圈炮（coil gun）、电磁轨道炮（rail gun）、重接炮（reconnection gun），其中电磁轨道炮是各国发展的重点，我们现在看到的电磁炮射击试验照片和视频，基本都是来自电磁轨道炮。

　　▲ 电磁轨道炮的电磁学原理

　　从技术原理上讲，电磁炮和传统火炮有着本质区别，不需要火药燃烧产生的化学能来推进弹丸，而是基于电磁感应原理，通过电磁场产生的洛伦兹力来发射弹丸。由于不会产生化学反应，因此在理论上电磁炮发射弹丸时不会有火焰产生，也不会有烟雾和声响。

　　现在发展的轨道电磁炮就是在两根导电轨道上加入导电的弹丸，然后给轨道通入方向相反的电流，进而在轨道间产生了磁场，而这个磁场与穿过炮弹的电流之间产生洛伦兹力，最终将弹丸发射出去。

　　▲ 电磁轨道炮的典型结构示意图

　　这样一来，电磁轨道炮的炮管内截面就不是传统火炮那样的圆形，而是矩形。然而，炮弹要在空气中高速飞行，为了空气阻力，通常都会采用减阻外形，例如流线形、枣核形等等，电磁轨道炮的弹丸更是采用了圆锥形。这类弹丸放在两根轨道之间，与轨道的接触面积小，在发射时会产生很大的电阻，造成能量损失。为了降低不必要的能量损失，人们就给弹丸加上了一个弹托，并且将弹托设计成矩形，以大幅增加和两根轨道之间的接触面。不仅如此，弹托还要导电。实际上，电磁轨道炮在发射弹丸时是导电轨道与导电弹托进行相互作用，产生洛伦兹力，将弹托和弹丸形成的组合体发射出去。出炮口之后，弹托和弹丸分离，这个过程类似于坦克炮发射的次口径尾翼稳定脱壳穿甲弹。

　　▲ 电磁轨道炮使用的弹丸和弹托组合体

　　电磁轨道炮的弹丸外面所加的弹托是铝合金制造的，目的是为了减轻弹托的重量。但是当弹托和弹丸飞出炮口的瞬间，原本在炮管内形成的电流通路就断开了，于是就会产生瞬间的电弧。而电磁轨炮发射时需要巨大的电能，电流强度在百万安培以上，可想而知电弧会有多大。不仅如此，电弧产生的瞬间温度非常高，立刻就将熔点较低的铝合金弹托表面的一部分铝气化，并在炮口形成一团火焰状的高温等离子体。所以，电磁轨道炮的炮口焰和传统火炮发射时的炮口焰看起来相似，但实际上不是一回事。此外，电磁轨道炮发射时产生的电弧也会发出爆裂声，并不是像理论上那样完全无声。不过，电磁轨道炮发射时没有后坐力，这点倒是和理论一致。