情报交流 D0L10.16338/.isn.10094319.2016.08.06 导弹电磁弹射技术综述 苏子舟张涛张博 范薇 摘要朵弹电磷弹射技术是电磷发射技求在朵弹领 目标深测跟踪定位系统 城的重要应用，是对传统弹射技术的重大突破。归钠了于 统的主要组成与技术优势 武器控制系统 直发射三种原理导弹电弹射器的技术特点 介绍了国内外导弹电磁弹射技术的发展现状，植理了制到 导弹电磁弹射技术实用化的关键枝术，展望了导弹电磁弹 导弹发 空制系统 电源系统 射技术的发民前景， 关键词导弹 电磁弹射电硅发射 电磁弹射器 引言 图1导弹电磁弹射系统组成框图 电磁发射技术利用电磁力加速携带电枢的物体 从而达到发射的效果。电磁弹射技术是电磁发射技术 )目标探测跟踪定位系统。探测、跟踪、定位 作战目标信息，并将目标信息提供给武器控制系 在大质量、低速物体方面的重要应用，是对传统弹射 技术的重大突破。电磁弹射对小到几千克的模型 大 统 2)武器控制系统。接收作战目标信息，并向导 到导弹、航母舰载机都可以进行有效的弹射，在军事、 民用和工业领域具有广泛的应用前景山。 弹发射控制系统发送指令： 导弹电磁弹射一般要求弹射质量从100kg到 3)导弹发射控制系统。控削脉冲电源系统放 数十吨，弹射速度从10m/s到100m/s。导弹电磁 电，使导弹达到给定弹射速度 弹射技术是电磁弹射技术在导弹弹射领域的具体应 4④)电源系统。为导弹电磁弹射器提供符合要 用，既可提高导弹的命中精度、作战半径、战场隐 求的脉冲电流波形 蔽性，解决发射系统烧结问题，又能一部弹射器满 5)电磁弹射器。把输入的电能转化为动能，推 足多种型号导弹任务，应用前景广阔 动抛体做直线运动，并在一定距离内使导弹达到要 求的弹射速度 1导弹电磁弹射系统基本组成及工作过程 1.2工作过程 1.1 基本组成 导弹电磁弹射系统的工作过程一般为：根据目 广义导弹电磁弹射系统由目标探测跟踪定位系 标探测跟踪定位系统输入的相关信息与参数，武器 统、武器控制系统、导弹发射控制系统、电源系统 控制系统讲行信息处理后向导弹发射控制系统发关 电磁弹射器组成网，如图1所示。狭义导弹电磁弹 相应的控制信号，导弹发射控制系统根据武器控制 射系统仅包括导弹发射控制系统、电源系统、电磁 系统对导弹弹射速度、行程要求进行解草并形成摆 弹射器三部分，如图1中虚线所示 制信号，控制电源系统按要求发送脉冲电源波形 本文20160331收到，苏子舟、张涛均系西北机电工程研究所高级工程师 ·28· 飞航导弹2016年第8期 21994-2017 China Academic lournal Electronic Publishing House all rights reserved.httn/ww coki ne
情报交流 DOI: 10． 16338 /j． issn． 1009-1319． 2016． 08． 06 本文 2016-03-31 收到，苏子舟、张涛均系西北机电工程研究所高级工程师 导弹电磁弹射技术综述 苏子舟 张 涛 张 博 范 薇 图 1 导弹电磁弹射系统组成框图 摘 要 导弹电磁弹射技术是电磁发射技术在导弹领 域的重要应用，是对传统弹射技术的重大突破。归纳了导 弹电磁弹射系统的主要组成与技术优势，简述了线圈发射、 直线电机、轨道发射三种原理导弹电磁弹射器的技术特点。 介绍了国内外导弹电磁弹射技术的发展现状，梳理了制约 导弹电磁弹射技术实用化的关键技术，展望了导弹电磁弹 射技术的发展前景。 关键词 导弹 电磁弹射 电磁发射 引 言 电磁发射技术利用电磁力加速携带电枢的物体， 从而达到发射的效果。电磁弹射技术是电磁发射技术 在大质量、低速物体方面的重要应用，是对传统弹射 技术的重大突破。电磁弹射对小到几千克的模型，大 到导弹、航母舰载机都可以进行有效的弹射，在军事、 民用和工业领域具有广泛的应用前景［1］。 导弹电磁弹射一般要求弹射质量从 100 kg 到 数十吨，弹射速度从 10 m / s 到 100 m / s。导弹电磁 弹射技术是电磁弹射技术在导弹弹射领域的具体应 用，既可提高导弹的命中精度、作战半径、战场隐 蔽性，解决发射系统烧结问题，又能一部弹射器满 足多种型号导弹任务，应用前景广阔［4］。 1 导弹电磁弹射系统基本组成及工作过程 1． 1 基本组成 广义导弹电磁弹射系统由目标探测跟踪定位系 统、武器控制系统、导弹发射控制系统、电源系统、 电磁弹射器组成［6］，如图 1 所示。狭义导弹电磁弹 射系统仅包括导弹发射控制系统、电源系统、电磁 弹射器三部分，如图 1 中虚线所示。 1) 目标探测跟踪定位系统。探测、跟踪、定位 作战目标信息，并将目标信息提供给武器控制系 统; 2) 武器控制系统。接收作战目标信息，并向导 弹发射控制系统发送指令; 3) 导弹发射控制系统。控制脉冲电源系统放 电，使导弹达到给定弹射速度; 4) 电源系统。为导弹电磁弹射器提供符合要 求的脉冲电流波形; 5) 电磁弹射器。把输入的电能转化为动能，推 动抛体做直线运动，并在一定距离内使导弹达到要 求的弹射速度。 1． 2 工作过程 导弹电磁弹射系统的工作过程一般为: 根据目 标探测跟踪定位系统输入的相关信息与参数，武器 控制系统进行信息处理后向导弹发射控制系统发送 相应的控制信号，导弹发射控制系统根据武器控制 系统对导弹弹射速度、行程要求进行解算并形成控 制信号，控制电源系统按要求发送脉冲电源波形， · 82 · 飞航导弹 2016 年第 8 期
情报交流 电磁弹射器将电能转化为动能，带动抛体做直线运 电磁弹射、电磁轨道导弹弹射三类导弹电磁弹射技 动，在一定距离内使导弹达到要求的弹射速度。 状.简术加下 3.1 2导弹电磁弹射技术的优势 电磁线圈发射技术具有驱动电流相对较小，弹 与传统依靠导弹自身发动机燃烧的反冲推力或 丸推力大，发射组件与驱动线圈无机械接触，避免 辅助热弹射机构产生推力发射相比，导弹电磁弹射 了摩擦和导轨烧蚀，利用效率较高，寿命长等特 技术具有以下优点司 点，还可通过增加驱动线图的级数来提高抛体的 )电磁弹射推力控制精度高，能提高导弹命中 动能，非常适合发射大质量低速载荷，是当前主流 精度 的导弹电磁弹射技术。 与冷发射方式相比，克服了无法控制弹道过 鉴于导弹质量较重，通常电磁线圈导弹弹射系 载，导弹在电磁弹射器中所受电磁力，可通过调节 统都采取多级线圈炮的结构，如图2所示。多级感 脉冲电流波形，使导弹在整个弹射过程中均匀受 应线圈炮利用多个脉冲电源对各级线圈同步放电和 力，弹体稳定性好，从而提高导弹命中精度。 导弹底部电枢内的磁通交变感应加速导弹运动。导 2)电磁弹射器可调 电磁推力大小 可弹射多 弹安装到初始位置，第1级驱动线圈放电 、其磁场 种型号导弹。 在电枢内变化，电枢感应产生电流，磁场与感应电 与冷发射方式相比，克服了发射导弹型号单 流相互作用，推动电枢带动导弹前进：然后经第2、 等不足，导弹电磁弹射系统可根据目标导弹性质和 3、4.级线圈逐级加速导弹，直至经最后1级线圈 射程大小快速调节电磁力的大小，从而满足多种目 加速，导弹达到额定初速出整， 标导弹对弹射质量和初速 文射能量的要求 弹射 种型号的导弹，是 一种多用途导弹弹射系统。 发制 发射系统 3)可改善导弹作战半径 ·发射 在不增加导弹自身质量的条件下，可以改善导 有效载 弹的作战半径，尤其随着大功率脉冲电源技术的不 断发展，改善作用将会在导弹电磁发射系统中产生 越来越重要的作用 冲 4)彻底解决发射系统烧结问题。 脉冲电源系统 采用电磁弹射技术后，依靠发射系统电磁推力 给导弹初始动能，使导弹离开发射系统一定距离 图2多级电磁线圈导弹弹射系统工作原理图 后，发动机点火自 飞行 由子 不存在高能复合排 进剂燃烧时对发射系统产生的高温燃气烧蚀和超 3.2 直线电机导弹弹射技术 速嫁融残渣的烧粘间题。彻底解决了发动机对发射 直线电机导弹弹射技术是另一种常用的导弹电 系统的烧蚀问题，避免烧蚀问题导致的装备性能下 破弹射技术，具有效率高和推力/体积比高的特点。 降，寿命显著缩短 直线电机导弹弹射系统主要由储能系续、控制系统 5)提高战场隐蔽性，安全性高 和直线电机三部分组成 导弹电磁弹射过程中不产生火焰、烟雾和冲击 直线电机是电磁弹射系统的核心部分，主要有 波，所以，作战中不易被敌人发现，这有利于发射 永磁直线电机(PML、直线感应电机(LI和直 平台的安全，符合现代战场的隐蔽作战需求 线磁阻电机(LR)三类直线电机。对于采用注入 申流励磁直线感应申机，绕组能够加载大申流、故 3导弹电磁弹射技术分类 N的输出推力往往大于永磁类直线电机 非常适 目前主要有电磁线圈导弹弹射、直线电机导弹 合大我荷导弹电磁弹射。能量转换效率更高的永磁 飞航异弹2016年第8期 1004.2017chi Academi al Electronic Publishing House All rights ve www.cnki.ne
情报交流 电磁弹射器将电能转化为动能，带动抛体做直线运 动，在一定距离内使导弹达到要求的弹射速度。 2 导弹电磁弹射技术的优势 与传统依靠导弹自身发动机燃烧的反冲推力或 辅助热弹射机构产生推力发射相比，导弹电磁弹射 技术具有以下优点［6］: 1) 电磁弹射推力控制精度高，能提高导弹命中 精度。 与冷发射方式相比，克服了无法控制弹道过 载，导弹在电磁弹射器中所受电磁力，可通过调节 脉冲电流波形，使导弹在整个弹射过程中均匀受 力，弹体稳定性好，从而提高导弹命中精度。 2) 电磁弹射器可调节电磁推力大小，可弹射多 种型号导弹。 与冷发射方式相比，克服了发射导弹型号单一 等不足，导弹电磁弹射系统可根据目标导弹性质和 射程大小快速调节电磁力的大小，从而满足多种目 标导弹对弹射质量和初速发射能量的要求，弹射多 种型号的导弹，是一种多用途导弹弹射系统。 3) 可改善导弹作战半径。 在不增加导弹自身质量的条件下，可以改善导 弹的作战半径，尤其随着大功率脉冲电源技术的不 断发展，改善作用将会在导弹电磁发射系统中产生 越来越重要的作用。 4) 彻底解决发射系统烧结问题。 采用电磁弹射技术后，依靠发射系统电磁推力 给导弹初始动能，使导弹离开发射系统一定距离 后，发动机点火自主飞行。由于不存在高能复合推 进剂燃烧时对发射系统产生的高温燃气烧蚀和超高 速熔融残渣的烧粘问题，彻底解决了发动机对发射 系统的烧蚀问题，避免烧蚀问题导致的装备性能下 降，寿命显著缩短。 5) 提高战场隐蔽性，安全性高。 导弹电磁弹射过程中不产生火焰、烟雾和冲击 波，所以，作战中不易被敌人发现，这有利于发射 平台的安全，符合现代战场的隐蔽作战需求。 3 导弹电磁弹射技术分类 目前主要有电磁线圈导弹弹射、直线电机导弹 电磁弹射、电磁轨道导弹弹射三类导弹电磁弹射技 术，简述如下。 3． 1 电磁线圈导弹弹射技术 电磁线圈发射技术具有驱动电流相对较小，弹 丸推力大，发射组件与驱动线圈无机械接触，避免 了摩擦和导轨烧蚀，利用效率较高，寿命长等特 点［2］，还可通过增加驱动线圈的级数来提高抛体的 动能，非常适合发射大质量低速载荷，是当前主流 的导弹电磁弹射技术。 鉴于导弹质量较重，通常电磁线圈导弹弹射系 统都采取多级线圈炮的结构，如图 2 所示。多级感 应线圈炮利用多个脉冲电源对各级线圈同步放电和 导弹底部电枢内的磁通交变感应加速导弹运动。导 弹安装到初始位置，第 1 级驱动线圈放电，其磁场 在电枢内变化，电枢感应产生电流，磁场与感应电 流相互作用，推动电枢带动导弹前进; 然后经第 2、 3、4.级线圈逐级加速导弹，直至经最后 1 级线圈 加速，导弹达到额定初速出膛。 图 2 多级电磁线圈导弹弹射系统工作原理图 3． 2 直线电机导弹弹射技术 直线电机导弹弹射技术是另一种常用的导弹电 磁弹射技术，具有效率高和推力/体积比高的特点。 直线电机导弹弹射系统主要由储能系统、控制系统 和直线电机三部分组成。 直线电机是电磁弹射系统的核心部分，主要有 永磁直线电机( PMLM) 、直线感应电机( LIM) 和直 线磁阻电机( LＲM) 三类直线电机。对于采用注入 电流励磁直线感应电机，绕组能够加载大电流，故 LIM 的输出推力往往大于永磁类直线电机，非常适 合大载荷导弹电磁弹射。能量转换效率更高的永磁 飞航导弹 2016 年第 8 期 · 92 ·
情报交流 直线电机，更适用于质量较小的导弹电磁弹射，其 650kg的发射载荷加速到12m/s,系统效率达到 中动磁型永磁直线电机最适合大推力、高速度的电 17.4%,为以后的工程应用尊定了其础。 碰弹射应用。 3.3 电磁轨道导弹弹射技术 电磁轨道导弹弹射技术就是采用电磁轨道炮作 为弹射器本体的导弹电磁弹射技术。根据轨道炮作 用力定律，电板受力与由流的平方成正比，与系统 的电感梯度成正比，同时考虑导弹弹射质量大、 速低的实际需求，电磁轨道炮作为电磁弹射器需男 尽量提高电感梯度，降低脉冲电流峰值。这就使得 弹射用电磁轨道炮只能采用分层结构电磁轨道炮。 分层轨道炮通过将轨道分成N层，串联连接 电感梯度为单层导轨的倍，因此，用较小的电流 峰值（同体积导轨的1/即可产生相等的推力 动电枢，N=3分层轨道炮如图3所示，但由于分层 图4电磁导弹助推器 轨道之间存在电压差，所以，导轨间必须绝缘，电 枢设计是一个技术难点。 试验表明，EMML可以助推低速、大质量的导 弹，经过多年研究，也可以消除推进的危险，提高 甲板安全：提高速度和射程：提供高 确、可控的 发射速度：降低发射信号 4.2直线电机导弹弹射技术发展现状 目前，直线电机导弹弹射技术的研究还较少 但考虑到导弹射与于人机 飞机弹射对弹射器技 术的需求基本相同，而与具体弹射载体关系不大 因此，无人机、飞机直线电机弹射技术的发展就代 表了导弹直线电机电磁弹射技术的发展)。 国际上，美国主要开展航母舰载机电磁弹射技 图3N=3的分层轨道炮示意 术研究，英国开展无人机电磁弹射技术研究 4.2.1 美国电磁飞机弹射技术 研分 4导弹电磁弹射技术研究现状 美国电磁飞机弹射系统(EMALS)主要包括日 4.1电磁线图导弹弹射技术发展现状 线电机、盘式交流发电机、高功率变频器三部分组 美国桑油亚实验室和洛马公司通过合作研究和 成，如图5所示。其电磁弹射器都采用了4台单机 发展协议，开发了一种基于现有的战斧导弹及其发 功率超过30GW直线电机，总功幸可达到百兆瓦 射而设计的电磁线圈导弹弹射系统(E山 级四 图4所示。EML是一种基于同步感应线圈发射技 美军在花费了28年的时间和32亿美元的经 术的高效率电磁助推系统，它利用电磁线圈发射技 费，直到2010年12月18日，通用原子公司使用电 术将结合在申椒上的导弹助推到一定的高度，然后 磁弹射装胃将一架F/AA8战机成功弹射，标志相 导弹和电枢分离而发射出去 完成发射 2004年 EMALS系统的试验成功。这表明直线电机电磁弹 底，美国桑迪亚实验室和洛马公司共同进行了电磁 射系统趋于实用，这对包括导弹电磁弹射技术的发 导弹弹射演示实验，通过5级同步感应线圈炮将 展和应用有着十分重要的意义。 。30 飞航景禅2016年第8期 994-2017 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.enki.net
情报交流 直线电机，更适用于质量较小的导弹电磁弹射，其 中动磁型永磁直线电机最适合大推力、高速度的电 磁弹射应用。 3． 3 电磁轨道导弹弹射技术 电磁轨道导弹弹射技术就是采用电磁轨道炮作 为弹射器本体的导弹电磁弹射技术。根据轨道炮作 用力定律，电枢受力与电流的平方成正比，与系统 的电感梯度成正比，同时考虑导弹弹射质量大、初 速低的实际需求，电磁轨道炮作为电磁弹射器需要 尽量提高电感梯度，降低脉冲电流峰值。这就使得 弹射用电磁轨道炮只能采用分层结构电磁轨道炮。 分层轨道炮通过将轨道分成 N 层，串联连接， 电感梯度为单层导轨的 N2 倍，因此，用较小的电流 峰值( 同体积导轨的 1 /N) 即可产生相等的推力驱 动电枢，N = 3 分层轨道炮如图 3 所示。但由于分层 轨道之间存在电压差，所以，导轨间必须绝缘，电 枢设计是一个技术难点。 图 3 N = 3 的分层轨道炮示意图 4 导弹电磁弹射技术研究现状 4． 1 电磁线圈导弹弹射技术发展现状 美国桑迪亚实验室和洛马公司通过合作研究和 发展协议，开发了一种基于现有的战斧导弹及其发 射而设计的电磁线圈导弹弹射系统( EMML) ［5］，如 图 4 所示。EMML 是一种基于同步感应线圈发射技 术的高效率电磁助推系统，它利用电磁线圈发射技 术将结合在电枢上的导弹助推到一定的高度，然后 导弹和电枢分离而发射出去，完成发射。2004 年 底，美国桑迪亚实验室和洛马公司共同进行了电磁 导弹弹射演示实验，通过 5 级同步感应线圈炮将 650 kg 的发射载荷加速到 12 m / s，系统效率达到 17． 4% ，为以后的工程应用奠定了基础。 图 4 电磁导弹助推器 试验表明，EMML 可以助推低速、大质量的导 弹，经过多年研究，也可以消除推进的危险，提高 甲板安全; 提高速度和射程; 提供高精确、可控的 发射速度; 降低发射信号。 4． 2 直线电机导弹弹射技术发展现状 目前，直线电机导弹弹射技术的研究还较少， 但考虑到导弹弹射与无人机、飞机弹射对弹射器技 术的需求基本相同，而与具体弹射载体关系不大， 因此，无人机、飞机直线电机弹射技术的发展就代 表了导弹直线电机电磁弹射技术的发展［3］。 国际上，美国主要开展航母舰载机电磁弹射技 术研究，英国开展无人机电磁弹射技术研究。 4． 2． 1 美国电磁飞机弹射技术研究 美国电磁飞机弹射系统( EMALS) 主要包括直 线电机、盘式交流发电机、高功率变频器三部分组 成，如图 5 所示。其电磁弹射器都采用了 4 台单机 功率超过 30 GW 直线电机，总功率可达到百兆瓦 级［2］。 美军在花费了 28 年的时间和 32 亿美元的经 费，直到 2010 年 12 月 18 日，通用原子公司使用电 磁弹射装置将一架 F /A-18 战机成功弹射，标志着 EMALS 系统的试验成功。这表明直线电机电磁弹 射系统趋于实用，这对包括导弹电磁弹射技术的发 展和应用有着十分重要的意义。 · 03 · 飞航导弹 2016 年第 8 期
情报交流 控制与系统监测 变化，发射不同质量的无人机，目前已经进行了超 过2500次的试验，能够在15m的轨道上将524kg 动子 的重物加速到51m/s,最大蜂值功率达到了3MW 最大加速度8.7g。 英国国防部还与英国孚德机电公司签订了未来 子直线电机 航母(CVF)的飞机弹射项目(EMCAT),目前己经 完成了方终论证丁作 大功率变频器 4.3 电磁轨道导弹弹射技术发展现用 公开发表的分层轨道电磁弹射技术较少，只有 郑州机电工程研究所公开发表了其利用30层分层 轨道炮，电感梯度高达592nH/m,可将5 钴能分系统 30g的电加速到35m,具体性能指标见表 但从表】可以看出，分层轨道炮作为弹射器本体也 可用于导弹的弹射。 图5美国电磁飞机弹射系统组成 表1分层轨道炮性能参数指标 4.2.2英国无人机电磁弹射技术研究 装置1 装置2 英国国防部与英国孚德机电公司签订了电磁》 140 400 370 集成技术(EMKIT)研究合同，用于无人机电碰弹身 m 技术研究。EKT系统包含两个储能系统，两套逆 变署，一套双边配置的先进直线感应电机(ALM 外加一个竖直的动子盘，运动控制系统，机械发射 轨道和刹车系统，系统组成见图6 5导弹电磁弹射关键技术 尽管导弹申磁弹射技术且有诸多优点，应用前 ALIM ○国中网口 5.1小型化、轻量化、低成本脉冲电源技术 普通电源满是不了导弹由磁发射系统百兆瓦级 图6 EMKIT系统组成图 脉冲电功率的需要，只能采用脉冲电源 目前常用 的电容储能脉冲电源存在储能密度低、成本高的问 EMKT系统弹射本体采用的先讲直线感应电 颗：电感储能脉冲电源存在缺乏充电用的大功率电 机由一系列分立的相同定子单元组成，便于安装和 池组和小型高电流开关，实用化闲难：脉冲交流发 生产：且为每个定子单元都配备了一个可控硅开 电机脉冲电源存在结构复杂、安全性要求较高的问 关，当动子经过某一定子单元时，该可控硅开关闭 题。因此，小型化、轻量化、低成本高功率脉冲电 合，推动动子前进，减小逆变器电流：该先进直线 源技术是导弹电磁弹射技术实现实用的关键技术之 感应电机转差率小、损耗小和功率因数高，可采用 无传感器速度控制，克服了普通直线感应电机转差 5.2 高放稳电弹射罢设计与制造持求 率高、电机功率因数较低和损耗较高的缺点 电磁弹射器是导弹电磁弹射系统的核心部件 EMKIT系统能够自适应无人机质量和负载的 其性能优劣很大程度上决定了导弹电磁弹射系统性 飞航导弹2016年第8期 31 1994-2017 China Academic Jour al Electronic Publishing House All rights reserved http://www.cnki.net
情报交流 图 5 美国电磁飞机弹射系统组成 4． 2． 2 英国无人机电磁弹射技术研究 英国国防部与英国孚德机电公司签订了电磁力 集成技术( EMKIT) 研究合同，用于无人机电磁弹射 技术研究。EMKIT 系统包含两个储能系统，两套逆 变器，一套双边配置的先进直线感应电机( ALIM) ， 外加一个竖直的动子盘，运动控制系统，机械发射 轨道和刹车系统，系统组成见图 6。 图 6 EMKIT 系统组成图 EMKIT 系统弹射本体采用的先进直线感应电 机由一系列分立的相同定子单元组成，便于安装和 生产; 且为每个定子单元都配备了一个可控硅开 关，当动子经过某一定子单元时，该可控硅开关闭 合，推动动子前进，减小逆变器电流; 该先进直线 感应电机转差率小、损耗小和功率因数高，可采用 无传感器速度控制，克服了普通直线感应电机转差 率高、电机功率因数较低和损耗较高的缺点。 EMKIT 系统能够自适应无人机质量和负载的 变化，发射不同质量的无人机，目前已经进行了超 过 2 500 次的试验，能够在 15 m 的轨道上将 524 kg 的重物加速到51 m / s，最大峰值功率达到了 3 MW， 最大加速度 8． 7g。 英国国防部还与英国孚德机电公司签订了未来 航母( CVF) 的飞机弹射项目( EMCAT) ，目前已经 完成了方案论证工作。 4． 3 电磁轨道导弹弹射技术发展现状 公开发表的分层轨道电磁弹射技术较少，只有 郑州机电工程研究所公开发表了其利用 30 层分层 轨道炮［9］，电感 梯 度 高 达 592 ηH /m，可 将 5 ～ 300 kg的电枢加速到 35 m / s，具体性能指标见表 1。 但从表 1 可以看出，分层轨道炮作为弹射器本体也 可用于导弹的弹射。 表 1 分层轨道炮性能参数指标 装置 1 装置 2 口径/mm 140 × 120 400 × 370 轨道长度/m 4． 5 7． 0 质量/ kg 5 300 速度/m·s － 1 35 35 电流峰值/A 2 500 9 000 5 导弹电磁弹射关键技术 尽管导弹电磁弹射技术具有诸多优点，应用前 景广阔，但作为一种新型导弹弹射技术，真正实用 化还需要解决如下关键技术［7-8］。 5． 1 小型化、轻量化、低成本脉冲电源技术 普通电源满足不了导弹电磁发射系统百兆瓦级 脉冲电功率的需要，只能采用脉冲电源。目前常用 的电容储能脉冲电源存在储能密度低、成本高的问 题; 电感储能脉冲电源存在缺乏充电用的大功率电 池组和小型高电流开关，实用化困难; 脉冲交流发 电机脉冲电源存在结构复杂、安全性要求较高的问 题。因此，小型化、轻量化、低成本高功率脉冲电 源技术是导弹电磁弹射技术实现实用的关键技术之 一。 5． 2 高效稳定电磁弹射器设计与制造技术 电磁弹射器是导弹电磁弹射系统的核心部件， 其性能优劣很大程度上决定了导弹电磁弹射系统性 飞航导弹 2016 年第 8 期 · 13 ·
情报交流 能的优劣。强磁场、大电流、重载荷的导弹电磁弹 平台的适配性等问题，进而找到应对措施，推动导 射讨程中会累积大量的焦耳热、摩擦热，导致禅射 禅申磁弹射技术击向实用化 器和电枢温升过大，同时电磁弹射器关键部件还 受到强脉冲电磁力，可能会导致发射系统损坏，都 6结束语 会影响弹射器的发射效率、结构强度与稳定性。因 虽然电磁导弹发射系统还存在着脉冲电源体积 此，高效率高稳定性导弹电磁弹射器设计与制造技 大、质量大、成本高，弹射器高效稳定工作性能不 术是导弹电磁弹射技术实用化的关键技术之一 佳、弹射讨程存在品电磁干扰、试哈不充分等一系 5.3导弹过精确控制技术 列有待突破的技术问题，但电磁弹射技术控制精度 导弹能够适应的弹射过载有一定范围，存在上 高，能提高导弹命中精度、弹射多种型号导弹、改 限，超过上限可能对导弹造成损伤，影响导弹作战 善导弹作战半径、彻底解决发射系统烧结问题，提 性能，因此，大质最导弹要求严格限制过载范围。 高战场隐蔽性、安全性高等使得电磁导弹弹射技术 对于申磁弹射系统而言，弹射时程中可实现多种 在军事领域中右若光明的前最。随若相关技术的讲 要求，但最大程度通过电磁弹射提升导弹作战性 步发展，电磁弹射技术必将应用到导弹弹射中 能，势必导弹电磁弹射系统过载极为接近其上限 并推广到无人机、航母舰载机、鱼雷等大质量、低 因此，导弹过载精确控制技术是充分发挥导弹电破 速载荷弹射领域。 弹射系统性能必须解决的关键技术之一。 5.4电碳弹射过程中强电磁千扰抑制技术 参老文献 导弹电磁弹射过程中产生的强磁场对导弹的 王莹，肖蜂.电炮原理.北京：国防工业出版社，1995 制系统、发控系统以及电子元器件都会产生一定的 2 李梅 种航母电磁飞机弹射系统 影响，严重的会造成器件，其至系统的损坏，影响 导弹作战使用，同时强电磁信号还有可能暴露发射 B]苏子舟，张，国伟，等。无人机电磁弹射综述，火炮 时与4报0111 连地带来安全隐患。因此导弹电磁弹射过程中 强电磁干扰抑制技术是导弹电磁弹射技术实用化 ]张龙霞，李碧清，霍敏国外电磁炮发展概述.飞航导 关键技术之 初步考虑，可以通过采取电磁场屏 6】第本贵，曹延杰关军电磁线圈发射技术发展综述，微 蔽与保护措施降低干扰强度和提高导弹本身的抗电 电机.2011.441 磁干扰能力两种措施。 [6]安进，张胜利.导弹电磁发射技术综述.飞航导弹 5,5导弹电弹射系统验验证技术 导弹电磁弹射技术发展到一定阶段，试验验证 [)]李伟波，曹延杰。电磁线圆弹射导弹技术研究。飞航 就成为导弹电磁弹射系统研制的一项十分重要的关 导.201211 李小李 键技术。只有充分的试验验证，才能反映出导弹电 米.飞机电磁弹射系统发展及其关键技 术.装甲兵工程学院学报，2014.28(4 磁弹射系统总体和分系统功能、技术途径、实施方 案是否合理：脉冲电源分系统是否工作可靠、电磁 李军，严，袁伟群。电磁轨道炮发射技术的发展与 弹射器是否能够高效稳定工作 导弹 过载控制是 现状.高电压技术.2014.40(4到 精确有效、电磁干扰抑制措施是否有效及其与作战 ·32 飞航子弹2016年第8期 1994-2017China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.enki.net
情报交流 能的优劣。强磁场、大电流、重载荷的导弹电磁弹 射过程中会累积大量的焦耳热、摩擦热，导致弹射 器和电枢温升过大，同时电磁弹射器关键部件还会 受到强脉冲电磁力，可能会导致发射系统损坏，都 会影响弹射器的发射效率、结构强度与稳定性。因 此，高效率高稳定性导弹电磁弹射器设计与制造技 术是导弹电磁弹射技术实用化的关键技术之一。 5． 3 导弹过载精确控制技术 导弹能够适应的弹射过载有一定范围，存在上 限，超过上限可能对导弹造成损伤，影响导弹作战 性能，因此，大质量导弹要求严格限制过载范围。 对于电磁弹射系统而言，弹射过程中可实现多种过 载要求，但最大程度通过电磁弹射提升导弹作战性 能，势必导弹电磁弹射系统过载极为接近其上限。 因此，导弹过载精确控制技术是充分发挥导弹电磁 弹射系统性能必须解决的关键技术之一。 5． 4 电磁弹射过程中强电磁干扰抑制技术 导弹电磁弹射过程中产生的强磁场对导弹的控 制系统、发控系统以及电子元器件都会产生一定的 影响，严重的会造成器件，甚至系统的损坏，影响 导弹作战使用，同时强电磁信号还有可能暴露发射 阵地，带来安全隐患。因此，导弹电磁弹射过程中 强电磁干扰抑制技术是导弹电磁弹射技术实用化的 关键技术之一。初步考虑，可以通过采取电磁场屏 蔽与保护措施降低干扰强度和提高导弹本身的抗电 磁干扰能力两种措施。 5． 5 导弹电磁弹射系统试验验证技术 导弹电磁弹射技术发展到一定阶段，试验验证 就成为导弹电磁弹射系统研制的一项十分重要的关 键技术。只有充分的试验验证，才能反映出导弹电 磁弹射系统总体和分系统功能、技术途径、实施方 案是否合理; 脉冲电源分系统是否工作可靠、电磁 弹射器是否能够高效稳定工作; 导弹过载控制是否 精确有效、电磁干扰抑制措施是否有效及其与作战 平台的适配性等问题，进而找到应对措施，推动导 弹电磁弹射技术走向实用化。 6 结束语 虽然电磁导弹发射系统还存在着脉冲电源体积 大、质量大、成本高，弹射器高效稳定工作性能不 佳、弹射过程存在强电磁干扰、试验不充分等一系 列有待突破的技术问题，但电磁弹射技术控制精度 高，能提高导弹命中精度、弹射多种型号导弹、改 善导弹作战半径、彻底解决发射系统烧结问题，提 高战场隐蔽性、安全性高等使得电磁导弹弹射技术 在军事领域中有着光明的前景。随着相关技术的进 一步发展，电磁弹射技术必将应用到导弹弹射中， 并推广到无人机、航母舰载机、鱼雷等大质量、低 速载荷弹射领域。 参考文献 ［1］ 王莹，肖峰． 电炮原理． 北京: 国防工业出版社，1995 ［2］ 李梅武，魏建中，薛飞． 一种航母电磁飞机弹射系统 研究． 舰船科学技术，2007( 29) ［3］ 苏子舟，张博，国伟，等． 无人机电磁弹射综述． 火炮 发射与控制学报，2011( 1) ［4］ 张龙霞，李碧清，霍敏． 国外电磁炮发展概述． 飞航导 弹，2011( 10) ［5］ 邹本贵，曹延杰． 美军电磁线圈发射技术发展综述． 微 电机，2011，44( 1) ［6］ 安进，张胜利． 导弹电磁发射技术综述． 飞航导弹， 2012( 5) ［7］ 李伟波，曹延杰． 电磁线圈弹射导弹技术研究 ． 飞航 导弹，2012( 11) ［8］ 李小民，李会来． 飞机电磁弹射系统发展及其关键技 术． 装甲兵工程学院学报，2014，28( 4) ［9］ 李军，严萍，袁伟群． 电磁轨道炮发射技术的发展与 现状． 高电压技术，2014，40( 4) · 23 · 飞航导弹 2016 年第 8 期