让子弹飞得更准!海军工程大学专家提出电磁线圈发射子弹的新方法
电磁发射子弹具有速度可调、响应时间短的优势,在反恐、维稳等方面具有重要的应用潜力。针对目前电磁轨道发射子弹存在的出膛初始扰动大、出膛后气动外形变化的问题,海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室的研究人员张晓、鲁军勇、李湘平、郭赟、武文轩,在2021年第22期《电工技术学报》上撰文,提出采用非接触式线圈发射子弹的方案,克服了轨道发射初始扰动和气动外形变化的难题。
他们通过建立线圈发射子弹的动态发射模型,并结合带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)建立线圈发射子弹系统的优化设计模型。提出分步优化设计思想,在满足子弹预定能级要求的前提下,以线圈发射装置长度和发射效率为优化目标,实现了对包括线圈截面参数、子弹结构参数、脉冲电源初始电压和触发时序等多个设计变量的优化设计。优化结果表明:若以两个指标平均值最小为优化目标,则装置最短长度为0.123m,对应发射效率为4.89%。
随着电磁发射技术的逐渐成熟化应用,以及在反恐、维稳等方面对枪用子弹初速及射程要求的逐步提高,电磁发射子弹应运而生。电磁发射子弹具有传统机械发射子弹无可比拟的速度优势,射程更远、杀伤威力更大,且由于其初速度可通过控制电流实现无极调整,使用更加灵活,成为继大口径电磁轨道发射弹丸后电磁轨道发射技术的又一重大军事应用。
按照发射长度和末速度的不同,电磁发射技术可分为电磁弹射技术(发射长度百米级,末速度可达100m/s)、电磁轨道炮技术(发射长度十米级,末速度可达3km/s)、电磁推射技术(发射长度千米级,末速度可达8km/s)。
理论上说,为了实现短距离子弹的高速发射,电磁轨道发射为首选方式,但与大口径电磁轨道发射弹丸不同的是,电磁发射子弹体积小、质量轻,导致在设计子弹时不能直接参考电磁轨道发射一体化弹丸的分离式设计,即出膛后电磁枪子弹电枢仍作为有效载荷与弹体合成一体。
电枢在发射过程中与导轨之间存在高速滑动电接触,电枢表面存在摩擦磨损现象,且电枢臂存在扩张现象,致使出膛后子弹气动稳定性下降。并且由于电磁轨道发射类似于滑膛发射,子弹在周向方向没有约束,导致子弹初始扰动相对传统线膛发射子弹要大,射击精度下降。电磁发射子弹与电磁轨道发射一体化弹丸对比如图1所示。
图1 电磁发射与电磁轨道发射一体化弹丸
因此从初始扰动和飞行稳定性方面考虑,采用电磁轨道发射会带来不可避免的子弹射击精度损失。同步感应线圈发射技术作为非接触电磁发射技术的一种,理论上可以解决电磁轨道发射子弹初始扰动大和气动稳定性下降的弊端,在小口径电磁发射应用中有巨大潜力。
海军工程大学的研究人员提出采用同步感应线圈的方式发射小口径子弹,建立子弹在同轴驱动线圈电流作用下的动态发射模型,并进行了模型的试验验证,结果表明模型精度在5%以内。在此基础上,对电磁线圈发射子弹系统进行优化设计,采用NSGA-Ⅱ对其以发射装置长度和效率为优化目标的多变量系统进行优化设计。
图2 电磁线圈发射子弹系统总体结构
图3 NSGA-II优化设计流程
他们针对全局优化存在的计算速度慢、局部最优的问题,提出分步优化设计方法,在单级线圈发射情况下,以线圈长度和子弹动能单位长度增量为优化目标,对线圈的截面布局参数和子弹的结构参数进行优化。在线圈和子弹结构参数确定的前提下,通过优化线圈级数、电源初始电压和触发时序,实现多目标的优化设计,并进行了线圈热力仿真校核。
图4 计算模型试验验证
研究人员指出,设计和校核结果表明:若选择两个优化指标平均值最小的解,装置最短长度为0.123m,发射效率为4.89%,且驱动线圈的绝缘和结构强度能够满足使用要求。
以上研究成果发表在2021年第22期《电工技术学报》,论文标题为“电磁感应线圈发射子弹系统优化设计”,作者为张晓、鲁军勇 等。
【金针花】第二十三集、为八路军转送弹药,九死一生
《金针花》第二十三集、为八路军转送弹药,身陷囹圄,九死一生 ,
我地下工作者高明爱配合八路军攻打了南关火车站以后,第二天,他请假回到了河北井陉老家。在家住了一个月以后,他又到沁县本家高明胜哥哥家住了五六天,然后托人打听清楚武乡南关火车站的情况后,他才回到火车站上班。武乡南关车站的日本鬼子人员调动变化比较大,日本鬼子所长以及警务段的日本鬼子都已经换成新的人了。他了解了这些情况以后,他才放心地回到武乡南关火车站消了假,上了班。每天照常给鬼子接车,巡逻,站岗。因为日本鬼子老站长没有发现任何破绽,鬼子也没有怀疑到高明爱是地下工作者。
这年六月初,只有十七八岁的崔厚文,高明爱,侥幸逃过此劫后,继续在火车站上班。没过几天,由崔耀武召集,高明爱、崔厚文、王世俊参加的地下工作会议再次召开,会议决定,我党地下联络站从孟桂莲家转移到崔耀武家,他家后院的一个小房子就成了新的联络点。在太岳军区敌工站的领导下,开启了更加艰苦卓绝的斗争 。
一九四五年三月的一天,下午三点,高明爱在南关火车站一个弹药仓库里,偷装了二十五发子弹。一时不慎被火车站电工崔所巴从窗户外看见,这房子是日本鬼子存放弹药库房。车站电工崔所巴,当天汇报了日寇警备队【说高明爱偷送子弹给祁县八路军独立营,说他是通八路军的】。
他当天就报告了日本鬼子。 高明爱的行动只有崔所巴看见了。
次日,凌晨四点多高明爱正在熟睡,朦朦胧胧中。天还没亮。日伪军警备队四,五,个人悄悄包围了高明爱的警务值班室。睡梦中的高明爱突然听到咚咚咚……有人踹门的声音,他还没来得及穿衣服时。几个日本鬼子用枪托砸开门已经闯了进来,惊醒了熟睡的高明爱。日夲鬼子端着刺刀和枪冲进门后,开始进行搜查。几道强烈的手电筒强光在屋内四处扫射,并照在高明爱的脸上,不由高明爱分说,四五个日本鬼子用刺刀指着他的胸膛,一个日本军官怒吼道:八嘎呀路、你的八路军的通匪。把他捆起来!日夲鬼子把高明爱捆绑起来后押到了南关村日寇宪兵队。进了日寇宪兵队又扣上手铐。有一名鬼子用枪逼到墙角。此时高明爱显得十分沉着冷静,他年龄小,当时心里也不怕,他突然想到身上还有一张写有我地下工作者名字机密的字条还在口袋里装着,如果暴露了纸条后,落到敌人的手里后。就会牵连出我地下工作者领导同志的性命,高明爱是后果不堪设想,于是高明爱就对日本鬼子说:“老弟,你看我也跑不了,能不能先打开手铐,让我去一下厕所,去厕所一下……”一个年龄小的鬼子瞧了一眼,领头的鬼子又看高明爱穿得也是日伪军警服便同意,点了一下头,日伪军便衣给高明爱打开了手铐,就在他进了厕所,就在厕所这一瞬间,高明爱迅速将装在衣袋里的地下工作者的名字的纸条吞咽了下去。他若无其事的走出来,又让鬼子带上了手铐避免了危险中的危险。
第二天上午,高明爱被关在日本宪兵队刑讯室,一个叫上野的日本军士官和翻译来审问他,上野问:“你什么时候加入共产党的?“我没有参加过。接着日伪宪兵队长。又亲自审问。你说出武乡县共产党的组织名单和抗日地下工作活动情况就放了你。高明爱说不知道。日本鬼子见软得不行,就动用了各种酷刑,妄图迫使他屈服。日本鬼子把高明爱衣服脱得只剩一件单衣吊起来,鬼子用皮鞭抽打,打一下一道血印,衣服都被打烂了。他忍着剧痛,没有吐露一点地下工作的秘密。日本鬼子又把他绑在床上给他灌凉水,肚子胀的像口铁锅。又把他放到地上。几个日本鬼子轮流在他肚上一起踩踏,高明爱的嘴里、鼻子里一起喷水,仍不住的吐血水。但他一个字也不说。敌人用更残酷的刑具折磨他,让他坐老虎凳上,压他的腿。高明爱同志为了保守我党地下工作的秘密。宁死不说。因为高明爱心里明白,如果交代了我地下工作的秘密以后,自己更是没有活命。只要日本鬼子没有搜到证据就不怕,日夲鬼子的理念是坦白就会杀头,不坦白是好良民。日夲鬼子动用了各种能用得上的酷刑, 高明爱矢口否认,只说拿来子弹是自己用的。说是自己冤枉,什么都不肯透露。日夲鬼子见高明爱宁死不承认,无奈,又把高明爱用绳索吊在洋井里三天三夜不给他吃喝,把他放到井里有一米多深的水里泡着。白天黑夜,又冷,又饿,再加上井里又黑,阴气沉沉,非常的恐惧。
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