1、课题的背景与意义

伴随着物理技术不断的进步和发展，使目前发射装置如大炮、火箭等类型的发射器已经不能满足现代人类对发射能力需求的更高要求，正是在此情况下产生了新一代超高速的电磁发射推进技术。电磁发射技术的本质原理是洛仑兹定律：当电流流过磁场时，将会受到与电流、磁场均垂直的洛仑磁力，也就是物理学上的安培力，这个力会使得位于磁场中的带电物体做加速运动。带电物体可以是弹丸、飞机、导弹、炮弹、卫星、火箭等物体。

电磁轨道发射技术产生的原因与军事应用相关。传统的化学能发射武器（火箭、火炮等），经历了比较漫长的发展过程。尽管常规的化学能武器相比于机械发射装置，在储能密度和功率密度方面高得很多，然而随着科学技术的进步，它已经不能满足人类对发射能力（超高速和超高能量）的更高要求。因而新一代的超高速电磁发射技术就产生了。

电磁轨道炮是通过电磁力的推进来发射的，从结构上来说可以分为三个部分：脉冲形成结构（Pulse forming structure，即PFS），大炮的炮体部分以及电枢部分。脉冲形成结构是高功率脉冲电源的主要组成部分，作为电磁能输出的控制环节，通过储存初始的电能，并调节释放电能规律从而满足电磁轨道发射的基本需求。轨道炮的负载是低阻抗的负载，虽然它对电压的要求不高，但是对电流要求却比较苛刻，固体电枢轨道炮的理想最佳驱动电流是梯形脉冲电流，其峰值要求几百 kA 至 MA，峰值上升时间比较短，峰值持续时间达到毫秒量级。

2、国内外研究状况

20世纪70年代 ，堪培拉的澳大利亚国立大学试验厂第一门电磁炮(轨道炮) ，将3g 重的塑料块加速到6km/s的速度，显示了电磁发射武器的潜力。从此，电磁发射技术在军事上的应用成为研究热点，并开始得到了长足的发展。美国1978年开始对电磁发射技术进行评估研究；1985年美国国防科学委员会得出结论：”未来的高性能武器，必然以电能为基础。”因而 ，从20世纪80年代起，美国就十分重视电磁发射技术研究工作。

美国海军的新概念武器研究由海军研究局负责 ，于2003年完成了DDX舰艇集成电磁轨道炮的可行性研究 ，研究结果认为：电磁轨道炮的能量需求远低于定向能武器 ，DDX采用的集成化电力系统的输出功率可以达到75MW， 是现役”阿利#183;伯克”级舰的10倍， 完全能满足电磁轨道炮的需求。2003年4月，美、英一起成功完成90mm圆口径电磁轨道炮的海上演示验证， 弹丸速度达到2500 m/s ，炮口动能约8MJ。同年 7月，试验结果上报美海军研究咨询委员会电磁炮技术专家组。2005年8月，美海军推出创新样本项目计划，目的是在4～8年的周期内，通过加大投资力度，将创新项目的技术成熟度提升到全面研发和系统演示验证的水平上。而电磁轨道炮成为该计划的第1个入选项目 ， 投入2。 7亿美元 ，解决发射系统 、弹丸组件、脉冲形成网络及舰载平台集成4大技术问题。在此基础上，2006年，美国海军研究局通过属下的位于达尔格仑的海军水面战中心与BAE公司签定了炮口动能为32MJ的电磁轨道炮试验样机的研制合同，主要研究解决轨道发射寿命、一体化发射组件设计等工程问题，该项目现已完成。同时，资助BAE和General Atom ics开展”舰载电磁轨道炮的战术应用研究”，主要研究电磁轨道炮的轻量化方案。此外 ，对于可应用于电磁炮的专项技术，资助波音公司和德瑞普实验室研究可耐受50kg加速度、具有导航与制导能力的弹丸组件技术。

英国《简氏防务周刊》报道： 2007年1月16日，美国海军研究局在弗吉尼亚州海军水面战中心达尔格仑分部的新型电磁轨道炮样机投入使用，该炮样机口径90mm ，弹丸质量3。2kg ，初速2146m/s ，炮口动能7。4MJ，标志着电磁炮武器已经从实验验证阶段进入了实用阶段。据法新社报道 ，2010年12月10日， 美国海军达尔格伦对地作战中心成功地进行了两次电磁炮试射。在试射中，电磁炮的炮弹速度最快达到5倍音速， 射程可达约200km。第一次试射产生了创记录的3300万焦耳能量。美国海军官员称，3300万焦耳试射成功意味着美国海军将可在200km外向敌方发射炮弹。两次试射的成功， 标志着其发展电磁炮”三步走”计划已实现了第二步目标。目前 ， 美国电磁发射技术从演示验证阶段进入武器型号研制阶段 ，美国海军研究部宣称要在2015年进行量产，计划从 2018年开始装备DD(X)对陆攻击驱逐舰和下一代巡洋舰CG( X），主要用于从海上向陆地提供超视距火力支援。按照美国海军预计，该武器可在6min之内将炮弹打到300海里之外的地方。

在近半个世纪 ，美国陆军、海军及NASA从未中断电磁发射方面的研究， 每年都有大量的研究项目及电磁发射的激励、材料、仿真、测试、算法、电源、开光和应用等技术。这种长期持续不断的研究和积累，造就了美国在电磁发射领域的一枝独秀。英、法、德处于第二集团 ，有专门的研究机构从事电磁发射技术研究，与美国合作关系密切 ，近年来取得明显的成果；俄罗斯、中国处于第三集团，研究规模小 ，基本处于长期跟踪研究状态；其他国家为近期介入，研究工作处于起步阶段。随着电磁发射技术的日趋成熟， 电磁炮将在21世纪逐步走向武器化 ，在军事领域将获得广泛应用。