超電磁炮--電磁發射技術

《某科學的超電磁炮》中的御阪美琴不僅捕獲了我的心,讓我從此入宅,而且御阪美琴的能力也是讓我心神往之。讓我對超電磁炮的原理產生了極大的興趣。下面讓我們走進御阪美琴的科學世界。

首先,讓我瞭解一下,御阪美琴每一次是如何發射電磁炮的。
你指尖跳動的電光,是我永恆不變的信仰。唯我超電磁炮永世長存。
說明了御阪美琴是藉助手這個載體發射炮彈的,作爲一個並行軌道,而它自身就是來提供這個爆炸力的力量源,同時也是電樞裝置,那個在她之間發射的硬幣就是我們的炮彈了。

在高中時期,我們就學習了洛倫茲定律,就是這個定律,才產生了電磁炮這麼厲害的武器。
對於電磁炮,我們可以理解爲一個普通人拋石頭,而御阪美琴卻有電擊使的幫助,讓他拋的更遠,威力更大。


我們要了解一下電磁炮的類型,因爲電磁炮也是有很多種類的,每一種的工作方式不同,會有不同的結構和原理。
最常見的就是線圈炮,它也叫做交流同軸線圈炮,由加速線圈和彈丸線圈構成.根據通電線圈之間磁場的相互作用原理而工作的.加速線圈固定在炮管中,當它通入交變電流時,產生的交變磁場就會在彈丸線圈中產生感應電流.感應電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用,產生洛侖茲力,使彈丸加速運動併發射出去.
第二種就是軌道炮:軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發射出去.它由兩條平行的長直導軌組成,導軌間放置一質量較小的滑塊作爲彈丸.當兩軌接人電源時,強大的電流從一導軌流入,經滑塊從另-導軌流回時,在兩導軌平面間產生強磁場,通電流的滑塊在安培力的作用下,彈丸會以很大的速度射出,這就是軌道炮的發射原理.
第三種是電熱炮:電熱炮的原理完全不同於上述兩種電磁炮,其結構也有多種形式.最簡單的一種是採用一般的炮管,管內設置有接到等離子體燃燒器上的電極,燃燒器安裝在炮後膛的末端.當等離子體燃燒器兩極間加上高壓時,會產生-道電弧,使放在兩極間的等離子體生成材料(如聚乙烯)蒸發.蒸發後的材料變成過熱的高壓等離子體,從而使彈丸加速.
第四種是重接炮:重接炮是一種多級加速的無接觸電磁發射裝置,沒有炮管,但要求彈丸在進入重接炮之前應有一定的初速度.其結構和工作原理是利用兩個矩形線圈上下分置,之間有間隙.長方形的“炮彈”在兩個矩形線圈產生的磁場中受到強磁場力的作用,穿過間隙在其中加速前進.重接炮是電磁炮的最新發展形式.

瞭解了上面的四種炮彈,炮姐她是哪一種發射方式呢?這個還是有待商酌的,也許是上面的一種,也許是還沒有探索出來的新技術。

由於硬盤是一個導電體,可以受到洛倫茲力的影響,那麼就假設:御阪美琴的指尖爲並行軌道,然後她自身產生的磁場對硬幣產生了洛倫茲力,導致硬幣的發射。

如果炮姐用的是一樣的形式來發射硬幣,按照數據,炮姐發射的硬幣的速度約爲 3 馬赫(343*3m/s≈1000m/s),假定硬幣爲 10g (10^{-2}kg),然後假定電導密度還是 0.6 mH/m(這裏已經不合理了,因爲炮姐不需要軌道,且不管,因爲從畫面來看炮姐並不是我們討論的這種 railgun),等效軌道長度爲 1m,我們可以估算炮姐發射這枚硬幣需要的電流值

I≈4000A

我去,怪不得有人會被燒糊了。爲嘛?假定人體電阻爲 1000 歐,那麼等價於有 4000×1000=4×106伏的電壓加在身上。

從畫面看,一般的放電時間在秒的量級,就算1秒吧,我們算算有多少能量

(4000)2×1000×1J=1.6×10^9J

因爲就算了一秒這也使功率的數值(1.6×10^9W),一個微波率的功率才 1000 W 作用,一盤半斤的五花肉不到 5min 烤熟,那麼炮姐這麼大功率大約需要 5×60s/106×60×4=0.07s就能把一個 60 kg 的胖子烤熟了。嗯。

要考慮空氣摩擦力的影響,所以她炮姐的射程只有50m
御阪美琴在《某科學的超電磁炮》裏的射程問題,我覺得50m的有效射程主要原因在於硬幣的材質,即電磁炮彈體的熔點決定了電磁炮的射程問題(假設電磁炮的軌道電流間相互作用的安培力足以把彈體三倍音(993m/s)速射出)。普通一元硬幣爲鋼芯鍍鎳材質,熔點大概是1500°C上下,結合“通電鐵棒在磁場中運動"計算,可以得出若要使其融化,在三倍音速狀態下距離大概是一百米左右。問題就出在美琴用的硬幣上,從鐮池和馬原作的設定來看,美琴用的彈體只是一般的遊戲幣,其材質大多爲鋁,鉛,鋅合金等。熔點327℃至660℃不等,以此爲彈體射程自然不如鋼芯鍍鎳材質。

不知道當麻時怎麼在炮姐的摧殘下還活着。。。。
在這裏插入圖片描述

我們如何去製作一個簡易版的電磁炮?

在這裏插入圖片描述
材料準備:線路的設計,原材料的購買,0.8mm漆包線,單刀雙擲開關,升壓模塊,4700u/50V電解電容2只,microusb轉換板,8*12mm萬能板,導線,吸管,電阻

我們要明白一個道理,要想炮彈威力大,就必須要一瞬間有很大的衝力,所有,我們就要選擇大容量的電解電容,不能直接給線圈通電就是這樣的的原因。同時要給漆包線繞匝數不能太低,不然磁場強度不夠

當然我們不能夠製作超過1.8焦的,不然就算非法持有槍支了。

電磁炮的特點及用途

電磁泡與常規火炮相比,有以下特點:
電磁炮利用電磁力所作的功作爲發射能量,不會產生強大的衝擊波和瀰漫的煙霧,因而具有良好的隱蔽性.電磁炮可根據目標的性質和距離,調節、選擇適當的能量來調整彈丸的射程. 電磁炮沒有圓形炮管,彈丸體積小,重量輕,使其在飛行時的空氣阻力很小,因而電磁炮的發射穩定性好,初速度高,射程遠.由於電磁炮的發射過程全部由計算機控制,彈頭又裝有激光制導或其他制導裝置,所以具有很高的射擊精度. 從發射能量的成本來看,常規火炮的發射藥產生每兆焦耳能量需10美元,而電磁炮只需0.1美元.而且電磁炮還可以省去火炮的藥筒和發射裝置,故而重量輕、體積小、結構簡單、運輸以及後勤保障等方面更爲安全可靠和方便. 電磁炮作爲發展中的高技術兵器,其軍事用途十分廣泛.

《中華人民共和國槍支管理法》第四十六條規定,本法所稱槍支,是指以火藥或
者壓縮氣體等爲動力,利用管狀器具發射金屬彈丸或者其他
物質足以致人傷亡或者喪失知覺的各種槍支。

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