線圈砲

線圈炮（Coilgun）是一種由一個或多個線圈組成的投射加速器，以同步線性馬達的方式將磁性拋射物加速到極高的速度。這種裝置也被稱為高斯炮（Gauss gun），鑑於線圈砲是用純物理方式來提供彈丸動能，所以嚴格來說，線圈砲是冷兵器的一種。

線圈炮通常由沿槍管排列的一個或多個線圈組成，因此拋射物發射的路徑沿着線圈的中心軸。線圈按照精確的定時順序打開和關閉，使彈丸通過磁力沿着槍管快速加速。

結構

由三個線圈， 一個槍管和一個鐵磁性拋射物組成的線圈槍的簡易圖解。

線圈槍有兩種主要類型或設置：單級和多級。單級線圈炮使用一個電磁線圈來推進射彈。多級線圈炮連續使用多個電磁線圈來逐漸提高彈丸的速度。

鐵磁體彈丸

對於鐵磁彈丸，單級線圈炮可以由一個線圈、電磁體組成，鐵磁彈丸放置在一端。這種類型的線圈炮的結構類似於機電繼電器中使用的螺線管，即通過其中心牽引鐵磁物體的載流線圈。大電流脈衝通過線圈，形成強磁場，將射彈拉到線圈中心。當彈丸接近該點時，必須關閉電磁體，以防止彈丸被捕獲在電磁體的中心。

非鐵磁彈丸

彈射物發射速度公式

由單級線圈炮加速的彈射物的發射速度的近似結果可以通過以下方程獲得^[1]

${\displaystyle v_{exit}={\sqrt {{\frac {2}{m}}{V\mu _{0}\chi _{m}n^{2}I^{2}}}}}$

其中，${\displaystyle m}$為彈丸的質量，以kg為單位。${\displaystyle V}$為彈丸的體積，以${\displaystyle m^{3}}$為單位。${\displaystyle \mu _{0}}$為真空磁導率，以國際單位制單位定義，為4π × 10⁻⁷V·s/(A·m)。${\displaystyle \chi _{m}}$為彈丸的磁化率，無量綱比例常數，指示材料響應施加磁場的磁化強度。這通常必須通過實驗來確定，包含某些材料的磁化率值的表格可以在CRC化學和物理手冊以及維基百科磁化率文章中找到。${\displaystyle n}$為線圈每單位長度的線圈匝數，可以通過將線圈的總匝數除以線圈的總長度（以米為單位）來得到。${\displaystyle I}$為通過線圈的電流大小，單位為A，

雖然這種近似對於快速定義線圈炮系統中的速度上限很有用，但確實存在更精確的非線性二階微分方程^[2]。該公式的問題在於其假設彈丸完全位於均勻磁場內、一旦彈丸到達線圈中心電流立即消失（因而沒有可能被線圈吸回）、所有勢能都轉化為動能（但大多數會轉化為摩擦力）並且線圈的導線無限細並且不會彼此堆疊，這些都會累積，最終增加計算得到的發射速度。^[2]

局限

一個多節的線圈砲。

儘管線圈槍研發已經過很長的時間，仍有許多問題未能解決。

電阻問題

線圈的電阻是線圈砲的一個主要問題；因為通過線圈的電流很大，根據歐姆定律，再好的線圈也會將大部分的電能以熱能的形式浪費掉。從而無法將拋射物提升至高速度。

應用

根據2023年8月《南華早報》報導，中國海軍正在測試威力較大的線圈炮。該裝備有潛力改變未來的戰爭型態。據參與該專案的科學家介紹，該電磁發射器在不到0.05秒的時間內將一枚124公斤(273磅)的炮彈加速到700公里/小時(435英里/小時)的速度，其炮口動能達到了2.3441358e+6焦耳。此為線圈炮實驗中使用的已知最重的炮彈。雖然這種武器的確切尺寸和最大射程仍然是保密的。^[3]

參見

• 質量投射器
• 磁道炮
• 直線電動機

參考文獻

1. Holzgrafe, Lintz, Eyre, Patterson, Jeff, Nathan, Nick, Jay. Effect of Projectile Design on Coil Gun Performance (PDF). postech.ac.kr/eng/. December 14, 2012 [December 14, 2012]. （原始內容存檔 (PDF)於October 20, 2016）.
2. Holzgrafe, Lintz, Eyre, Patterson, Jeff, Nathan, Nick, Jay. Effect of Projectile Design on Coil Gun Performance (PDF). postech.ac.kr/eng/. December 14, 2012 [December 14, 2012]. （原始內容存檔 (PDF)於October 20, 2016）.
3. 媒体：中国海军测试全球最强大线圈炮，2023年8月26日. [2023年8月26日]. （原始內容存檔於2023年8月28日）.