- 頭條讓子彈飛得更準！海軍工程大學專家提出電磁線圈發射子彈的新方法2022-02-23 作者：張曉、魯軍勇 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電磁發射子彈具有速度可調、響應時間短的優勢，在反恐、維穩等方面具有重要的應用潛力。針對目前電磁軌道發射子彈存在的出膛初始擾動大、出膛后氣動外形變化的問題，海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室的研究人員張曉、魯軍勇、李湘平、郭赟、武文軒，在2021年第22期《電工技術學報》上撰文，提出采用非接觸式線圈發射子彈的方案，克服了軌道發射初始擾動和氣動外形變化的難題。 他們通過建立線圈發射子彈的動態發射模型，并結合帶精英策略的非支配排序遺傳算法（NSGA-II）建立線圈發射子彈系統的優化設計模型。提出分步優化設計思想，在滿足子彈預定能級要求的前提下，以線圈發射裝置長度和發射效率為優化目標，實現了對包括線圈截面參數、子彈結構參數、脈沖電源初始電壓和觸發時序等多個設計變量的優化設計。優化結果表明：若以兩個指標平均值最小為優化目標，則裝置最短長度為0.123m，對應發射效率為4.89%。
隨著電磁發射技術的逐漸成熟化應用，以及在反恐、維穩等方面對槍用子彈初速及射程要求的逐步提高，電磁發射子彈應運而生。電磁發射子彈具有傳統機械發射子彈無可比擬的速度優勢，射程更遠、殺傷威力更大，且由于其初速度可通過控制電流實現無極調整，使用更加靈活，成為繼大口徑電磁軌道發射彈丸后電磁軌道發射技術的又一重大軍事應用。
按照發射長度和末速度的不同，電磁發射技術可分為電磁彈射技術（發射長度百米級，末速度可達100m/s）、電磁軌道炮技術（發射長度十米級，末速度可達3km/s）、電磁推射技術（發射長度千米級，末速度可達8km/s）。
理論上說，為了實現短距離子彈的高速發射，電磁軌道發射為首選方式，但與大口徑電磁軌道發射彈丸不同的是，電磁發射子彈體積小、質量輕，導致在設計子彈時不能直接參考電磁軌道發射一體化彈丸的分離式設計，即出膛后電磁槍子彈電樞仍作為有效載荷與彈體合成一體。
電樞在發射過程中與導軌之間存在高速滑動電接觸，電樞表面存在摩擦磨損現象，且電樞臂存在擴張現象，致使出膛后子彈氣動穩定性下降。并且由于電磁軌道發射類似于滑膛發射，子彈在周向方向沒有約束，導致子彈初始擾動相對傳統線膛發射子彈要大，射擊精度下降。電磁發射子彈與電磁軌道發射一體化彈丸對比如圖1所示。
圖1 電磁發射與電磁軌道發射一體化彈丸
因此從初始擾動和飛行穩定性方面考慮，采用電磁軌道發射會帶來不可避免的子彈射擊精度損失。同步感應線圈發射技術作為非接觸電磁發射技術的一種，理論上可以解決電磁軌道發射子彈初始擾動大和氣動穩定性下降的弊端，在小口徑電磁發射應用中有巨大潛力。
海軍工程大學的研究人員提出采用同步感應線圈的方式發射小口徑子彈，建立子彈在同軸驅動線圈電流作用下的動態發射模型，并進行了模型的試驗驗證，結果表明模型精度在5%以內。在此基礎上，對電磁線圈發射子彈系統進行優化設計，采用NSGA-Ⅱ對其以發射裝置長度和效率為優化目標的多變量系統進行優化設計。
圖2 電磁線圈發射子彈系統總體結構
圖3 NSGA-II優化設計流程
他們針對全局優化存在的計算速度慢、局部最優的問題，提出分步優化設計方法，在單級線圈發射情況下，以線圈長度和子彈動能單位長度增量為優化目標，對線圈的截面布局參數和子彈的結構參數進行優化。在線圈和子彈結構參數確定的前提下，通過優化線圈級數、電源初始電壓和觸發時序，實現多目標的優化設計，并進行了線圈熱力仿真校核。
圖4 計算模型試驗驗證
研究人員指出，設計和校核結果表明：若選擇兩個優化指標平均值最小的解，裝置最短長度為0.123m，發射效率為4.89%，且驅動線圈的絕緣和結構強度能夠滿足使用要求。
以上研究成果發表在2021年第22期《電工技術學報》，論文標題為“電磁感應線圈發射子彈系統優化設計”，作者為張曉、魯軍勇 等。
