电磁轨道发射的电磁场数值仿真(3)
克兰，1901 年他获得了“电火炮”专利，并使用直流激励管状直线电动机的系列线圈，把500g弹丸加速到 50m/s； 1920年，法国人文勒鲁斯发明了电磁轨道炮；
二十世纪吹冰、七十年代，科学家在电磁发射领域取得了实质性的进展，澳大利亚
国立大学的马歇尔及其同事在改进大电流滑动接触技术方面，提出了“等离子体
电弧”概念；1978 年，马歇尔和约翰巴伯等人试验了第一门电磁炮，在 5m 长的
导轨型电磁发射器上把 3g的弹丸加速到5.9km/s，从实验上证明了用电磁力将物
体推进到超高速是可行的；80年代初，美国苏伦斯∙利弗莫尔国家实验室和洛斯∙
阿拉莫斯实验室合作，利用口径 12.7mm,长 5m 的轨道炮将 2.2g 的弹丸加速到
10km/s 的高速；美国西屋公司研制出一门实验型电磁炮，用一个 17.5MJ 单机发
电机做电源，把重 300g 的弹丸加速到 5km/s；1984 年日本的研究机构 NCLI 把
20g重的弹丸加速到 1.5km/s；1985年，美国威斯汀豪公司把 150g的物体加速到
9.6km/s；1989 年美国德克萨斯大学机电中心研制的 90mm 口径，10m 长的轨道
炮，以 2.6km/s 的初速度发射 1.58kg 的弹丸获得成功；1991 年，美国桑迪亚实
验室将5kg的弹丸加速到 1km/s；1992年，美国战略防御预研所将 5kg的弹丸加
速到 4km/s，美国桑迪亚实验室将 1.1t 的物体加速到 300m/s；1998 年，美国科
学应用公司将100g的物体加速到 7km/s；1999 年，法、德两国联合研究机构 ISL
将 650g 的弹丸加速到 2km/s；2004 年，美国海军成功进行了电磁炮的海上发射
试验，验证了电磁发射器以超声速发射炮弹的过程；2008 年，海军再次进行了
试验，约重3kg的铝制炮弹出膛速度达到 7 倍音速，发射能量高达10.68MJ，精
确击中近400公里的目标。
国内电磁炮的研究工作起步较晚。80 年代中期，中国的学者开始了电磁轨
道炮的相关理论研究；1987 年，新概念、新原理兵器课题组在兵工情报研究报
告《新概念新原理兵器的发展与分析》中，将电磁装置列为八项新概念兵器之一，
自此国内开始了电磁轨道炮发射理论及部件性能单元技术的深入研究；1996年，
中国工程物理研究所建造了我国第一套轨道炮实验装置，把 0.34g的弹丸加速到
1.68km/s；1988 年中国科学院等离子体物理研究所建成了一套轨道炮发射装置，
把50g的弹丸加速到 3km/s。
电磁发射技术在军用方面的研究包括：后膛轨道电极的侵蚀效应，相对速度
引起的趋肤效应，真空转化的引发，输入电能对推进剂燃烧性能的影响，ETC
发射器的最优脉冲源的波结构，数学建模以及应用于可重复的线性磁通的电发射器的计算机仿真代码。
1.3 电磁炮的数值计算研究现状
国外对固体电枢的研究起步较早，针对不同情况及发射过程中的问题，研究
人员提出了各种模型，进行了大量数值计算和理论分析，有限元方法是解决此类
问题最常用的方法。Young、Hughes 等人[4]
对几何形状简单的电枢在稳态条件下
的扩散问题进行了研究，重点关注电流变化及发射体速度增加过程中出现的物理
现象，揭示了简单电枢电流的分布特点；随后，研究者对具有一些约束条件的瞬
态模型进行研究，得到了数值计算的精确解；Long[5]
发展了一种有限元程序，对
具有较高速度的电枢进行了二文瞬态建模，建模考虑了焦耳热效应、电热特性及
热传导；Powell、Walbert 和Zielinski
[6]
建立了二文模型，对电磁炮固体电枢电磁