电磁炮技术的应用新领域——射钉枪

杨洪达　王广东　李丽丽（哈尔滨理工大学荣成学院，山东威海　264300）

电磁炮技术的应用新领域
——射钉枪

杨洪达王广东李丽丽
（哈尔滨理工大学荣成学院，山东威海264300）

随着科学技术的发展，电磁炮是目前世界各国正在研究和发展的新概念的武器。具有及多的优点和发展潜力，是传统的火炮无法比拟的。电磁炮目前主要分为：线圈炮、轨道炮、重接炮。但目前电磁发射技术主要用于军事武器方面，特别是电磁炮的新的应用领域——射钉枪。本文着重讲述小型线圈炮的原理、组成、制作方法、新的应用领域及可行性论证。

电磁发射电磁炮射钉枪

0　前言

线圈式电磁炮基本原理是利用高能的脉冲电流瞬间通过发射线圈，产生高密度磁感线瞬间磁化铁磁性弹丸。将电能转化为磁能再通过磁场作用转化为弹丸的动能，从而达到预期目的。电磁发射技术具有诸多优点：具有较大的发射动能、威力大、无噪声、无烟雾，体积小质量轻，方便携带。而线圈式电磁炮由于不足以满足军事需求，在军事方面的研究慢慢变淡。但其在电磁射钉枪这一领域还是具有很大潜力的。目前投入市场的射钉枪主要有两种形式：空气压缩驱动式式射钉枪和火药驱动式射钉枪。压缩气体式射钉枪主要靠空气压缩机获得高压空气，用空气压力将钉子射出。相比下其缺点在于应用时需配备体积较大的笨重的空气压缩机，且压缩机的购买成本比较高。而火药式射钉枪主要靠子弹的火药爆炸力主动钉子前进，但其发射过程中会产生较大的声响，会影响到施工人员与他人的健康甚至对耳朵造成失聪的危害。而且每一次的发射成本比较高。而基于线圈式电磁炮原理的射钉枪恰好弥补了他们的缺点。

1　线圈式电磁炮的结构和原理

原理图（图1）首先通过全桥整流电路将220v市电进行整流，经限流电阻后给储能电容充电。充电完成关闭充电开关，打开发射开关。储能电容的能量会瞬间释放在发射线圈内，并在发射线圈内产生强磁场。利用强磁场就可以将铁磁性炮弹瞬间磁化，从而利用一行磁极相吸引的原理将子弹吸引，子弹会获得较大的动能发射出去，从而达到预期目的。

2　电磁炮的新的应用领域——射钉枪

2.1线圈跑的发展史

图1

线圈炮是最早出现的电磁炮，1845年就有人用其将一根金属棒打出二十米远。1901年第一台电磁炮正式诞生，并可以将一枚500g的弹丸加速到500m/s。自此以后人们开始研究，使其射速更快射程更远以用于军事战争中，而后在军事方面逐渐被轨道炮所取代。

2.2线圈炮的优点及改造

虽然其不能满足现代战争的要求，但其存在诸多优点：发射的初速度极高、发射成本相对于其它发射方式要低很多、而且弹道相对垂直、受环境影响小、无后坐力、射程远、贯穿性强、对环境无污染等诸多优点。针对其诸多优点，我们完全可以将其应用于新的领域：射钉枪发射系统。它的各项性能指标完全可以满足民用射钉枪的发射需求，从而引起民用射钉枪产品的一次巨大变革。它的众多优点是火药式射钉枪和压缩器式射钉枪无法比拟的。

它会带来射钉枪产品的一次巨大变革。首先该种射钉枪的可以做到体积小便于携带搬运，而相同类型的压缩空气式射钉枪必须配备一台体积较大的笨重的空气压缩机。这种射钉枪可以减少的运输成本，不必再搬着笨重的空气压缩机。相比于火药式的射钉枪而言，这种电磁式射钉枪在使用过程中不会产生巨大的噪声，而且这种射钉枪发射相同数目的子弹用时远小于火药式射钉枪。而且电磁式射钉枪的发射枪筒的质量可以做到300g左右，然而另外两种发射器最轻也要1500g左右。这种射钉枪质量较小可以减轻操作人员的疲劳度。综上，电磁式射钉枪可以很大程度上的减小对工作人员健康的损害。

2.3所制作电磁射钉枪的相关参数

2.3.1发射时间

根据一阶电路电容充电时间T的计算公式：t=RC

注：式中 T为电容达到稳态的充电时间；R为电路中的限流电阻的值； C为电路中电容的值。所选限流电阻为1KΩ、电容为三支220uf电容并联（并联后等效电容值为660uf）那么根据上述公式电容的充电时间T=3*220*10^（-6）*1000=0.66s。这就意味着该种电磁射钉枪的最小发射时间间隔为0.66s，这完全可以满足射钉枪的连续射击的工作要求。

2.3.2射钉枪发射子弹的初速度的计算方法

射出子弹的初速度计算原理：已知物体所处高度为Hm，即可根据H=1/2*g*t^2算出落地时间t。然后测量出子弹飞行距离S。根据S=V*t计算出子弹的飞行速度。

3　结语

将线圈炮原理的发射器制成民用射钉枪是具有可行性的。

［1］冯慈璋，马西奎.工程电磁场导论［M］.高等教育出版社，2000.

［2］王兆安，黄俊.电力电子技术第四版［M］.机械工业出版社，2012.［3］邱关源，电路第六版M］.高等教育出版社，2006.

［4］王富民.低压电磁炮教学演示M］.电子报，2013，第十二版.