磁道砲結(jié)構(gòu)原理

電磁炮聽(tīng)起來(lái)很神秘，其實(shí)它的結(jié)構(gòu)和原理很簡(jiǎn)單．電磁炮是利用電磁力代替火藥爆炸力來(lái)加速?gòu)椡璧碾姶虐l(fā)射系統(tǒng)，它主要由電源、高速開(kāi)關(guān)、加速裝置和炮彈四部分組成．世界上所研制的電磁炮，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同，可分為以下幾種類型：

磁道砲線圈炮型

線圈炮又稱交流同軸線圈炮．它是電磁炮的最早形式，由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成．根據(jù)通電線圈之間磁場(chǎng)的相互作用原理而工作的．加速線圈固定在炮管中，當(dāng)它通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)就會(huì)在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與加速線圈電流的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生安培力，使彈丸加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去．一般普通實(shí)驗(yàn)室做出的線圈炮不產(chǎn)生洛倫茲力,產(chǎn)生洛倫茲力的是單級(jí)同軸線圈炮,一般的線圈炮是給線圈通電使之中心有磁,將目標(biāo)導(dǎo)體吸引至中心再由慣性所致而拋射出彈體,由于電容瞬間斷電,因而不會(huì)產(chǎn)生磁力將炮彈吸引回去,一般的小型線圈炮模型都是這樣的。

磁道砲軌道炮型

軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去．它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸．當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射出，這就是軌道炮的發(fā)射原理．質(zhì)量越大動(dòng)能越大,威力越大,耗能量越大。

磁道砲重接炮型

重接炮是一種多級(jí)加速的無(wú)接觸電磁發(fā)射裝置，沒(méi)有炮管，但要求彈丸在進(jìn)入重接炮之前應(yīng)有一定的初速度．其結(jié)構(gòu)和工作原理是利用兩個(gè)矩形線圈上下分置，之間有間隙．長(zhǎng)方形的“炮彈”在兩個(gè)矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，穿過(guò)間隙在其中加速前進(jìn)，重接炮是電磁炮的最新發(fā)展形式。

電磁炮與傳統(tǒng)馬達(dá)的不同之處在于其結(jié)構(gòu)不需場(chǎng)磁鐵（永久磁鐵），它的基本結(jié)構(gòu)由單環(huán)電流組成，因此需要極大電流（超過(guò)百萬(wàn)安培）來(lái)產(chǎn)生足夠的槍口初速。其中一種常見(jiàn)的變種是利用驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)平行導(dǎo)線，增加電樞產(chǎn)生的磁場(chǎng)（直流串繞馬達(dá)的設(shè)置），稱為增強(qiáng)磁道炮，這種設(shè)置減少了電流的需求量。

電樞可以是子彈組成的一部分，也能被用以加速絕緣、不導(dǎo)電的子彈。通常固態(tài)金屬導(dǎo)體是磁道炮電樞較好的材料來(lái)源，但也可以使用等離子電樞與混合電樞。與傳統(tǒng)槍受火藥爆炸的瞬間氣壓推進(jìn)的原理相同，等離子電樞以類似的方式推動(dòng)非導(dǎo)體的固態(tài)載荷。等離子電樞以等離子體將金屬電樞與槍軌連結(jié)，在速度超過(guò)閾值后，固體電樞亦能轉(zhuǎn)型為混合電樞。

對(duì)于軍事應(yīng)用來(lái)說(shuō)，磁道炮的優(yōu)勢(shì)在于它能達(dá)到遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)武器的槍口初速。槍口初速的提升可以有效改善射程，并且提高終端速度，令其剩余的動(dòng)能產(chǎn)生榴彈的爆破效應(yīng)。典型磁道炮的槍口初速通常能達(dá)到每秒2000-3500米。對(duì)于單回路磁道炮而言，它需要在幾微秒間經(jīng)過(guò)五百萬(wàn)安培，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為10特斯拉，現(xiàn)代磁道炮的設(shè)計(jì)通常為“空芯”（不使用磁性材料），以提高磁通量。

磁道炮的速度處于輕氣炮的范圍，然而后者被認(rèn)為更適合應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，而磁道炮在軍事應(yīng)用上具有十足潛力。理論上，如果能開(kāi)發(fā)重量輕、穩(wěn)定的電源技術(shù)，應(yīng)用于磁道炮，系統(tǒng)總體積與質(zhì)量將會(huì)遠(yuǎn)小于常規(guī)推進(jìn)劑的彈藥量，克服傳統(tǒng)彈藥的不穩(wěn)定性（大大減少敵軍炮火的威脅）。

磁道炮的動(dòng)力來(lái)源與其他武器不同，不使用炸藥與推進(jìn)劑，而是使用電磁力取得巨大動(dòng)能來(lái)發(fā)射炮彈，傳統(tǒng)軍事用槍械的槍口初速無(wú)法超越每秒2000米，而磁道炮能達(dá)到每秒3000米。另外磁道炮能避免傳統(tǒng)炸藥與彈頭存儲(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)，以及相對(duì)低廉的成本亦是磁道炮的優(yōu)勢(shì)。

除了軍事應(yīng)用，美國(guó)國(guó)家航空航天局也建議運(yùn)用磁道炮將載荷送入外太空的軌道；然而在過(guò)程中將產(chǎn)生強(qiáng)大的G力，限制了載荷的使用。

磁道砲特點(diǎn)

電磁炮與常規(guī)火炮相比，有以下特點(diǎn)：

電磁炮利用電磁力所作的功作為發(fā)射能量，不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和彌漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性．電磁炮可根據(jù)目標(biāo)的性質(zhì)和距離，調(diào)節(jié)、選擇適當(dāng)?shù)哪芰縼?lái)調(diào)整彈丸的射程。

電磁炮沒(méi)有圓形炮管，彈丸體積小，重量輕，使其在飛行時(shí)的空氣阻力很小，因而電磁炮的發(fā)射穩(wěn)定性好，初速度高，射程遠(yuǎn)．由于電磁炮的發(fā)射過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)控制，彈頭又裝有激光制導(dǎo)或其他制導(dǎo)裝置，所以具有很高的射擊精度。

從發(fā)射能量的成本來(lái)看，常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)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(fā)射裝置，故而重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸以及后勤保障等方面更為安全可靠和方便。

磁道砲用途

電磁炮作為發(fā)展中的高技術(shù)兵器，其軍事用途十分廣泛。

（一）用于天基反導(dǎo)系統(tǒng)：電磁炮由于初速度極高，可用于摧毀空間的低軌道衛(wèi)星和導(dǎo)彈，還可以攔截由艦只和裝甲車發(fā)射的導(dǎo)彈．因此，在美國(guó)的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃中，電磁軌道炮成為一項(xiàng)主要研究的任務(wù)。

（二）用于防空系統(tǒng)：美軍認(rèn)為可用電磁炮代替高射武器和防空導(dǎo)彈遂行防空任務(wù)．美國(guó)正在研制長(zhǎng)7.5米、發(fā)射速度為500發(fā)/分、射程達(dá)幾十千米的電磁炮，準(zhǔn)備替代艦上的“火神——方陣防空系統(tǒng)”．用它不僅能打擊臨空的各種飛機(jī)，還能在遠(yuǎn)距離攔截空對(duì)艦導(dǎo)彈．英國(guó)也正在積極研制用于裝甲車的防空電磁炮。

（三）用于反裝甲武器：美國(guó)的打靶試驗(yàn)證明，電磁炮是對(duì)付坦克裝甲的有效手段．發(fā)射質(zhì)量為50克、速度為3km/s的炮彈，可穿透25.4mm厚的裝甲．有關(guān)資料還報(bào)道，用一種電磁炮做試驗(yàn)，完全可以穿透模擬的T－72、T－80坦克的裝甲厚度．由此可見(jiàn)，電磁炮具有很強(qiáng)的穿透能力，是非常優(yōu)良的反裝甲武器。

（四）用于改裝常規(guī)火炮：隨著電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統(tǒng)，可大大提高火炮的射程．美國(guó)利用這一技術(shù)，已將火炮射程加大到150km。

(五) 變殺人工具為交通工具，對(duì)于月球開(kāi)發(fā)，采用軌道炮技術(shù)發(fā)射月基貨運(yùn)飛船返回地球，將大大減少燃料消耗，飛船僅攜帶少量的調(diào)姿和變軌用的燃料。從而為月地貨運(yùn)運(yùn)輸提供一個(gè)廉價(jià)、可重復(fù)利用的發(fā)射平臺(tái)。

• 美國(guó)海軍阿利·伯克級(jí)驅(qū)逐艦的后繼實(shí)驗(yàn)艦朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦（USS Zumwalt DDG-1000）設(shè)計(jì)好一套整體電力系統(tǒng) (IPS)，能夠有效輸送電力往馬達(dá)或是武器，以利日后裝配磁道炮，但礙于成本問(wèn)題，目前只裝配先進(jìn)火炮（AGS）代替。

• 2018年2月1日，幾張安裝新型號(hào)艦炮的072型海洋山號(hào)坦克登陸艦在網(wǎng)上廣傳，輿論認(rèn)為是中國(guó)解放軍試驗(yàn)中的磁道炮。

SATA規(guī)范支持許多新的功能，其中之一就是NCQ（Native Command Queuing全速命令排隊(duì)）技術(shù)?！∈紫茸屛覀儊?lái)看一下硬盤(pán)是怎樣讀寫(xiě)信息的。硬盤(pán)通過(guò)將信息寫(xiě)入磁盤(pán)磁道上的特定位置進(jìn)行信息存儲(chǔ)，硬盤(pán)訪問(wèn)磁盤(pán)上信息的過(guò)程如下：

● 尋找存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目標(biāo)磁碟(platter)，訪問(wèn)該磁碟。

● 尋找磁碟上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目標(biāo)磁道(track)，訪問(wèn)磁道。

● 尋找磁道上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目標(biāo)簇(cluster)，訪問(wèn)簇。

● 尋找簇上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目標(biāo)扇區(qū)(sector)，訪問(wèn)扇區(qū)。

● 尋找目標(biāo)數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)。

通過(guò)上面的步驟，硬盤(pán)即可獲取所需要的數(shù)據(jù)信息。硬盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的步驟也是如此，區(qū)別僅僅在于讀操作變?yōu)閷?xiě)操作。大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)存入硬盤(pán)并非是順序存入，而是隨機(jī)存入，甚至有可能一個(gè)文件被分配在不同盤(pán)片上。對(duì)于不支持NCQ的硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，大量的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)需要反復(fù)重復(fù)上面的步驟，而對(duì)于不同位置的數(shù)據(jù)存取，磁頭需要更多的操作，降低了存取效率。支持NCQ技術(shù)的硬盤(pán)對(duì)接收到的指令按照他們?cè)L問(wèn)的地址的距離進(jìn)行了重排列，這樣對(duì)硬盤(pán)機(jī)械動(dòng)作的執(zhí)行過(guò)程實(shí)施智能化的內(nèi)部管理，大大地提高整個(gè)工作流程的效率：即取出隊(duì)列中的命令，然后重新排序，以便有效地獲取和發(fā)送主機(jī)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，在硬盤(pán)執(zhí)行某一命令的同時(shí)，隊(duì)列中可以加入新的命令并排在等待執(zhí)行的作業(yè)中。顯然，指令排列后減少了磁頭臂來(lái)回移動(dòng)的時(shí)間，使數(shù)據(jù)讀取更有效。

如果新的命令恰好是處理起來(lái)機(jī)械效率最高的，那么它就是隊(duì)列中要處理的下一個(gè)命令。舉個(gè)例子：比如向硬盤(pán)下達(dá)一組數(shù)據(jù)傳送指令，由于數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上分布位不同，磁頭可能會(huì)先讀取260扇區(qū)，再讀取7660扇區(qū)，然后又讀取261扇區(qū)……如果我們對(duì)指令進(jìn)行優(yōu)化排列，可以先讀260扇區(qū)，接著依次讀261扇區(qū)，最后讀取7660扇區(qū)……顯然，指令排列后減少了磁頭臂來(lái)回移動(dòng)的時(shí)間，使數(shù)據(jù)讀取更有效。并且有效的排序算法除了考慮目標(biāo)數(shù)據(jù)的線性位置，也會(huì)考慮其角度位置，并且還要對(duì)線性位置和角度位置進(jìn)行優(yōu)化，以使總線的服務(wù)時(shí)間最小，這個(gè)過(guò)程也稱做“基于尋道和旋轉(zhuǎn)優(yōu)化的命令重新排序”。