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隨著電磁發(fā)射技術(shù)的逐漸成熟化應(yīng)用，以及在反恐、維穩(wěn)等方面對槍用子彈初速及射程要求的逐步提高，電磁發(fā)射子彈應(yīng)運(yùn)而生。電磁發(fā)射子彈具有傳統(tǒng)機(jī)械發(fā)射子彈無可比擬的速度優(yōu)勢，射程更遠(yuǎn)、殺傷威力更大，且由于其初速度可通過控制電流實(shí)現(xiàn)無極調(diào)整，使用更加靈活，成為繼大口徑電磁軌道發(fā)射彈丸后電磁軌道發(fā)射技術(shù)的又一重大軍事應(yīng)用。

按照發(fā)射長度和末速度的不同，電磁發(fā)射技術(shù)可分為電磁彈射技術(shù)（發(fā)射長度百米級，末速度可達(dá)100m/s）、電磁軌道炮技術(shù)（發(fā)射長度十米級，末速度可達(dá)3km/s）、電磁推射技術(shù)（發(fā)射長度千米級，末速度可達(dá)8km/s）。

理論上說，為了實(shí)現(xiàn)短距離子彈的高速發(fā)射，電磁軌道發(fā)射為首選方式，但與大口徑電磁軌道發(fā)射彈丸不同的是，電磁發(fā)射子彈體積小、質(zhì)量輕，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)子彈時(shí)不能直接參考電磁軌道發(fā)射一體化彈丸的分離式設(shè)計(jì)，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(fā)射過程中與導(dǎo)軌之間存在高速滑動電接觸，電樞表面存在摩擦磨損現(xiàn)象，且電樞臂存在擴(kuò)張現(xiàn)象，致使出膛后子彈氣動穩(wěn)定性下降。并且由于電磁軌道發(fā)射類似于滑膛發(fā)射，子彈在周向方向沒有約束，導(dǎo)致子彈初始擾動相對傳統(tǒng)線膛發(fā)射子彈要大，射擊精度下降。電磁發(fā)射子彈與電磁軌道發(fā)射一體化彈丸對比如圖1所示。

圖1 電磁發(fā)射與電磁軌道發(fā)射一體化彈丸

因此從初始擾動和飛行穩(wěn)定性方面考慮，采用電磁軌道發(fā)射會帶來不可避免的子彈射擊精度損失。同步感應(yīng)線圈發(fā)射技術(shù)作為非接觸電磁發(fā)射技術(shù)的一種，理論上可以解決電磁軌道發(fā)射子彈初始擾動大和氣動穩(wěn)定性下降的弊端，在小口徑電磁發(fā)射應(yīng)用中有巨大潛力。

海軍工程大學(xué)的研究人員提出采用同步感應(yīng)線圈的方式發(fā)射小口徑子彈，建立子彈在同軸驅(qū)動線圈電流作用下的動態(tài)發(fā)射模型，并進(jìn)行了模型的試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明模型精度在5%以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，對電磁線圈發(fā)射子彈系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用NSGA-Ⅱ?qū)ζ湟园l(fā)射裝置長度和效率為優(yōu)化目標(biāo)的多變量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖2 電磁線圈發(fā)射子彈系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖3 NSGA-II優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

他們針對全局優(yōu)化存在的計(jì)算速度慢、局部最優(yōu)的問題，提出分步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在單級線圈發(fā)射情況下，以線圈長度和子彈動能單位長度增量為優(yōu)化目標(biāo)，對線圈的截面布局參數(shù)和子彈的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在線圈和子彈結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的前提下，通過優(yōu)化線圈級數(shù)、電源初始電壓和觸發(fā)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了線圈熱力仿真校核。

圖4 計(jì)算模型試驗(yàn)驗(yàn)證

研究人員指出，設(shè)計(jì)和校核結(jié)果表明：若選擇兩個(gè)優(yōu)化指標(biāo)平均值最小的解，裝置最短長度為0.123m，發(fā)射效率為4.89%，且驅(qū)動線圈的絕緣和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足使用要求。

以上研究成果發(fā)表在2021年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電磁感應(yīng)線圈發(fā)射子彈系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)”，作者為張曉、魯軍勇 等。