13 概念 战斗工程:轨道炮
第 12 章
3 年前
255时间: J2239.50
编辑者: USF准将 万哈宁 / USF中将 帕卡瑞
标题：轨道炮基本原理——仅限战斗工程部
导言：自进入23世纪以来，对于太空军事硬件的需求日益庞大。为此，了解轨道炮工作原理十分必要。
本文会以尽量简单的方式向新入职人员介绍轨道炮的工作原理，设计，效率，等等。
1 描述方程式
简单轨道炮实际上就是一个单匝的直流电动机，它由一对（或数对，这取决与轨道炮是否是多相的）平行金属导轨（通常为康铜或铝铜锂）、一个电枢、弹丸、以及高功率脉冲电源G组成。
让我们从一个简单的方程开始：
F=(L'*I^2)/2
L'作为电感，而I作为电流。只需要获得这两项数据，便可以积分轨道的出口速度。
假设轨道的厚度为T，两轨道之间的空隙为S，以水平面为标准，画出连接到轨道炮一侧的直线，该直线与水平面的夹角为θ。
（即∠BOD=θ，AC=S，BA=T）
电感可以通过以下方程描述：L'=a+b*ln(T/S)+c*(1/S)+d*(ln(T/S))^2+e*(1/S)^2+f(ln(T/S)/S)+g*(ln(T/S))^3+h*(1/S)^3+i(ln(T/S)/S)^2+j((ln(T/S))^2/s)
a是通过函数j导出的常数，可以在这篇论文中找到：http://hdl.handle.net/10603/10250
这个方程对于给定的轨道炮尺寸保持不变。
2 机电模型
正如前文，轨道炮由一对（或数对，这取决与轨道炮是否是多相的）平行金属导轨（通常为康铜或铝铜锂）、一个电枢、弹丸、以及高功率脉冲电源G组成。
发射时，将开关S闭合，电流i通过馈电母线、导轨、电枢最后返回电源构成回路，在回路内生成电磁场（感应强度B），电枢电流与磁场相互作用产生安倍力与洛伦兹力。若电枢电流密度为J，则电枢被JxB力所加速。J与B均正比于电流i。
易得负载电阻R(x)=R0+Rrx
R0为初始连线电阻，可以忽略不计。Rrx则为导轨电阻梯度，且等于dRr/dx（求导？原文没看懂）。在实战下去常见值0.1mΩ/m
轨道炮系统的能量由能量守恒可以推得，具体表现为：
Wk=Wm+Wi=1/2*L'*i^2+1/2m*v^2
m=mp+mg
显然，轨道炮能量随Vp或t变化，其速率
dWk/dt=L'*i*di/dt+1/2i^2*dLi/dt+mvp/dt=电源传输给轨道炮的功率=i*(Lr*di/dt+i*dLr/dt)
可知作用于电枢和弹丸上的洛伦兹力Fp=ma=1/2*Lr*i^2
这个式子是一个力学量-电磁量式子，由它可以计算弹丸在恒流I得情况下达到指定速度所需的炮轨长度。
由此是基本轨道炮模型。对于其深一步研究，我们还能发现：
USF Cdre. Vanhanen / USF V. Adm. Paccari
参考资料：
Modelling of rail gun and study of its pulsed power supply system using computer simulation techniques, Indian University http://hdl.handle.net/10603/10250 Murugan R
《电炮原理》，国防工业出版社，王峰
编辑者: USF准将 万哈宁 / USF中将 帕卡瑞
标题：轨道炮基本原理——仅限战斗工程部
导言：自进入23世纪以来，对于太空军事硬件的需求日益庞大。为此，了解轨道炮工作原理十分必要。
本文会以尽量简单的方式向新入职人员介绍轨道炮的工作原理，设计，效率，等等。
1 描述方程式
简单轨道炮实际上就是一个单匝的直流电动机，它由一对（或数对，这取决与轨道炮是否是多相的）平行金属导轨（通常为康铜或铝铜锂）、一个电枢、弹丸、以及高功率脉冲电源G组成。
让我们从一个简单的方程开始：
F=(L'*I^2)/2
L'作为电感，而I作为电流。只需要获得这两项数据，便可以积分轨道的出口速度。
假设轨道的厚度为T，两轨道之间的空隙为S，以水平面为标准，画出连接到轨道炮一侧的直线，该直线与水平面的夹角为θ。
（即∠BOD=θ，AC=S，BA=T）
电感可以通过以下方程描述：L'=a+b*ln(T/S)+c*(1/S)+d*(ln(T/S))^2+e*(1/S)^2+f(ln(T/S)/S)+g*(ln(T/S))^3+h*(1/S)^3+i(ln(T/S)/S)^2+j((ln(T/S))^2/s)
a是通过函数j导出的常数，可以在这篇论文中找到：http://hdl.handle.net/10603/10250
这个方程对于给定的轨道炮尺寸保持不变。
2 机电模型
正如前文，轨道炮由一对（或数对，这取决与轨道炮是否是多相的）平行金属导轨（通常为康铜或铝铜锂）、一个电枢、弹丸、以及高功率脉冲电源G组成。
发射时，将开关S闭合，电流i通过馈电母线、导轨、电枢最后返回电源构成回路，在回路内生成电磁场（感应强度B），电枢电流与磁场相互作用产生安倍力与洛伦兹力。若电枢电流密度为J，则电枢被JxB力所加速。J与B均正比于电流i。
易得负载电阻R(x)=R0+Rrx
R0为初始连线电阻，可以忽略不计。Rrx则为导轨电阻梯度，且等于dRr/dx（求导？原文没看懂）。在实战下去常见值0.1mΩ/m
轨道炮系统的能量由能量守恒可以推得，具体表现为：
Wk=Wm+Wi=1/2*L'*i^2+1/2m*v^2
m=mp+mg
显然，轨道炮能量随Vp或t变化，其速率
dWk/dt=L'*i*di/dt+1/2i^2*dLi/dt+mvp/dt=电源传输给轨道炮的功率=i*(Lr*di/dt+i*dLr/dt)
可知作用于电枢和弹丸上的洛伦兹力Fp=ma=1/2*Lr*i^2
这个式子是一个力学量-电磁量式子，由它可以计算弹丸在恒流I得情况下达到指定速度所需的炮轨长度。
由此是基本轨道炮模型。对于其深一步研究，我们还能发现：
USF Cdre. Vanhanen / USF V. Adm. Paccari
参考资料：
Modelling of rail gun and study of its pulsed power supply system using computer simulation techniques, Indian University http://hdl.handle.net/10603/10250 Murugan R
《电炮原理》，国防工业出版社，王峰