我做电磁炮

张大源

我对电磁发射技术的兴趣，始于几年前的电影《变形金刚2》。片中美国海军驱逐舰上最主要的装备就是一门电磁轨道炮。最近几年看到美国海军新型战舰上将配置电磁炮的新闻，让我对这种全新的武器系统产生了浓厚的兴趣。那么制作一个这样的模型如何呢？

制作前的准备

为了表现电磁发射系统的工作原理，据工作方式分类，电磁炮也可以分为导轨炮（轨道炮）、线圈炮、重接炮。其中线圈炮凭借其较低的技术难度与直观的工作原理成为学习电磁发射系统的良好材料，也有着极为诱人的发展前景，于是我将技术模型制作方向定在了制作一门线圈炮模型上。

电源系统制作

电磁发射系统中，最重要的一个部分就是电源系统。我认为一具合格的电磁炮模型电源需要具备提供大电流、高电压、高功率、高能量以及轻便易携带等特点。在日常生活中所接触到的各类电源中，常规电池已不能滿足需要，市政电路因家用空气开关的电流限制往往也不足以作为首选能源，而航模飞机上常用的锂聚合物电池则是更佳的选择。

但是航模电池的电压较低，多为7.4V-22.2V之间。这样的电压显然不能满足电磁炮模型发射需要，因此我需要增加一个升压的步骤。这个过程利用ZVS升压模块完成。ZVS的制作可以参考相关的图纸，利用电容、电感、二极管和铁圈变压器即可完成制作，在简单实用的同时具有稳定的工作状态。在ZVS上加装数显电压表可以直观地了解其工作状态与输出电压。

控制系统制作

在同轴线圈发射系统中，如何准确控制各级加速线圈的工作时间是研究的重中之重。出于节约成本以及减少技术难度的需要，我采用单片机延时控制或者光电传感器作为电磁炮的控制系统。通过计算机对各级加速线圈的分析模拟，可以计算出抛射体速度的变化曲线，进而使用单片机进行延时控制。这种方式具有一定的控制精度与自动化，但对身管的加工需要较高的精度，需要避免破坏内膛的平直以影响发射效能，而因身管较薄，更增加了对钻孔的精度要求。

身管材料选择

在制作电磁炮模型时，身管的制造精度直接影响到模型成品的实际效果。模型炮的身管应该轻薄结实、内膛平直，符合这一要求的材料包括薄壁钢管、碳纤维管、玻璃纤维管。从能量利用角度来看，碳纤维材料或者玻璃纤维材料的身管更适合作为模型电磁炮的身管。但这两种材料的加工难度远高于薄壁钢管，其切削难度也大于钢管，因此电磁炮模型首选管材以薄壁钢管为佳。需要注意的是，钢管应尽可能薄，以减弱对磁场的削弱作用，同时应选用不带磁性的钢材，避免扰乱磁场，削弱发射效果。

抛射体材料选择

在制作电磁炮理论模型时，抛射体作为一种耗材，其种类的选择应以工业化生产的产品为主。由于我制作的是一个同轴线圈炮模型，所以其抛射体的材质选择了铁磁性材料（铁钴镍），综合考虑标准性与易得性，我选用不锈钢材质的平头定位销作为模型的抛射体。

组装和试验

完成了设计，就开始进行元件的组装工作了。

在付出了一个月的努力后，经历了从可行性构想、拟定具体参数、采购装配试验等环节后，我最终完成了一个多级的同轴线圈电磁炮模型。它采用光电传感器进行控制，配备有多个加速线圈和储能电容，同时也体现了预计的技术细节与技术效果，并且具有较高的能量利用效率。制作这样一个模型，我不仅更深入地了解到相关技术，也增强了实际操作能力，丰富了自己的知识面。怎么样，像不像真的电磁炮？