CN111854535A - 一种超高场强宽频电磁脉冲武器及宽频电磁脉冲产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高场强宽频电磁脉冲武器及宽频电磁脉冲产生方法，包括壳体、药柱、点火器以及喷口组件，所述喷口组件固定在壳体的一端，喷口组件与壳体形成密闭空腔，所述药柱位于密闭空腔内且固定在壳体的另一端，所述点火器固定在壳体上，点火器的点火头引燃药柱。本发明解决了现有的非核电磁脉冲武器存在作用距离短、结构复杂、各种性能受限的技术问题，本发明所提供的武器能够产生宽带、超高场强电磁脉冲，结构简单，无需电能，覆盖范围达几十公里甚至更高。

Description

一种超高场强宽频电磁脉冲武器及宽频电磁脉冲产生方法

技术领域

本发明涉及一种新概念超高场强宽频电磁脉冲武器。

背景技术

进入21世纪以来，军用电子系统的综合化向集成化发展，通信、雷达、导航、电子仪器以及各种武器监控、目标识别及定位、军事指挥等方面均广泛地实现了信息化和智能化，这极大地提高了武器系统的综合效能。未来的战争是高度信息化的高技术战争，信息体系在空、天、地、海、电、磁全维空间的各个信息节点及其间网络构成了立体战场空间的信息网。对于战场任何一方的信息节点给与破坏、切断，都将造成指挥、通信、控制系统的瘫痪或失灵，从而造成战斗力锐减或丧失。

针对武器系统中电子系统的相对脆弱性，军事大国开始发展电磁脉冲武器。所谓电磁脉冲武器，是指能产生强烈的电磁辐射，并通过短暂的脉冲照射来破坏敌方的雷达、通信、计算机等与电磁有关设备的一种武器系统，国外称之为EMP(Electric MagneticPulse)武器。电磁脉冲武器的作战对象主要是敌方的指挥、通讯、信息及武器系统，它能够对较大范围内的敌方各种电子设备的内部关键部件同时实施压制性和摧毁性的杀伤，所以，它是一种性能独特、威力强大、软硬杀伤兼备的电磁毁伤武器。

电磁脉冲的产生源自美苏两国进行的氢弹引爆试验，在爆炸瞬间将大气电离产生大量高速运动的电子，继而在空中产生强大电场和磁场。正是这些瞬间产生的电磁场，在以光速传播的同时产生了破坏力极强的电磁脉冲，导致地面上的电子设备出现感应电磁场，继而将电子设备烧毁。核电磁脉冲是迄今为止最强的电磁脉冲武器，其毁伤能力强、脉冲幅值高、作用范围广。可达几百、几千公里，但由于核爆产生破坏效能代价太高及核试验的敏感性，近年来大力发展非核电磁脉冲武器，作为定向能武器用以实现特定目标的毁伤。

非核电磁脉冲武器按技术特征和作用效应区别可分为三类：电磁脉冲弹、高功率微波武器、超宽带武器。

电磁脉冲弹是能产生一个辐射持续时间很短的宽带信号武器，可来源于核爆(核电磁脉冲)，也可由磁通量压缩发生器和磁流体力学发生器等装置产生(非核电磁脉冲)。电磁脉冲弹产生的电磁环境主要特点有：场强高，核电磁脉冲可达10kV/m～100kV/m；频域宽，从甚低频到特高频，大部分能量集中在低频段。

高功率微波武器输出带宽远没有电磁脉冲弹宽，但其主频可落在几百MHz至几十GHz范围，而且频带窄，能量相对集中，方向性好。高功率微波武器攻击频段范围刚好在雷达工作范围，对雷达系统打击效果更佳。高功率微波武器可分为微波弹和强干扰机两种形式。微波弹通过磁通量压缩发生器或磁流体力学发生器向虚阴极振荡器供电产生吉瓦量级的微波，再由天线向外定向发射，属典型的窄带，打击目标相对固定，如专门攻击导弹或某种雷达。强力干扰机以车辆、飞机和军舰为平台，可采用相对论速调管等微波器件，一般由电源给电容器提供能源，具有一定重复工作频率的能力，瞄准跟踪后适合攻击单个目标，适用于保护重要的军事设施和指挥中心。

超宽带干扰机的主频在微波段，频带宽，有的达GHz，主要优点是可以做的小型、紧凑和轻便，适用于机载的自保护装置。现有的超宽带源峰值功率可达几十GW，脉冲重复频率为MHz。但是，超宽带源的平均功率并不高，因此频带不宜过宽，否则能量太分散。

分析以上三种非核电磁脉冲武器，表1给出了其性能参数区别。

表1传统的三类电磁脉冲武器参数对比

可以看出，现有非核电磁脉冲武器有一定的局限性，其有效作用距离有限(见表1，最多几公里)、系统结构复杂，且各部件间的阻抗匹配、电源小型化、辐射天线可靠性、可控性和高方向性等受到限制。

发明内容

为了解决现有的非核电磁脉冲武器存在作用距离短、结构复杂、各种性能受限的技术问题，本发明提供一种超高场强宽频电磁脉冲武器及宽频电磁脉冲产生方法。

本发明的技术解决方案：

一种超高场强宽频电磁脉冲产生方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1)药柱固定于密闭空腔内，密闭空腔的一端设置有喷口；药柱包括包覆套、相互接触的一级药柱和二级药柱，所述一级药柱和二级药柱依次充装于包覆套内，二级药柱位于包覆套底部，所述一级药柱由等离子体药剂组成，所述二级药柱由高能炸药组成；

2)点火器启动，引燃药柱，等离子体药剂先燃烧产生气态和等离子态两相混合工质并存储于密闭空腔内，热量传递给与等离子体药剂相接触的高能炸药，引燃高能炸药，高能炸药反应至喷口打开的临界压力阈值，喷口打开，两相混合工质冲出密闭空腔，释放出高能、高密度等离子体，同时产生超强电磁脉冲。

本发明提供一种超高场强宽频电磁脉冲武器，其特殊之处在于：包括壳体、药柱、点火器以及喷口组件，所述喷口组件固定在壳体的一端，喷口组件与壳体形成密闭空腔，所述药柱位于密闭空腔内且固定在壳体的另一端，所述点火器固定在壳体上，点火器的点火头引燃药柱。

进一步的，所述壳体内壁设置有隔热层。

进一步的，所述药柱包括包覆套、相互接触的一级药柱和二级药柱，所述一级药柱和二级药柱依次充装于包覆套内，二级药柱位于包覆套底部，所述一级药柱由等离子体药剂组成，所述二级药柱由高能炸药组成。

进一步的，所述喷口组件包括喷管壳体6、内衬7、爆破片8和压环9，所述喷管壳体6的一端与壳体固定连接，所述爆破片8通过压环9固定在喷管壳体6的另一端，所述内衬7位于喷管壳体6内壁。

进一步的，所述点火器还包括点火药包12，所述点火药包12与一级药柱接触，所述点火头位于点火药包内。

进一步的，点火器通过玻璃烧结密封塞密封在壳体上。

本发明提供一种超高场强宽频电磁脉冲武器系统，其特征在于：包括至少两个所述的电磁脉冲武器，至少两个电磁脉冲武器以不同角度分布。

本发明提供一种超高场强宽频电磁脉冲武器系统，其特征在于：包括多个所述的电磁脉冲武器，多个电磁脉冲武器圆周均布。

本发明所具有的技术效果：

1、本发明提出的超高场强宽频电磁脉冲武器利用等离子体药剂燃烧后，产生气态和等离子态两相混合工质在密闭空腔中积聚，进而在高能炸药产生的冲击波作用下，瞬间从密闭空腔释放产生等离子态物质，在空间环境下，以高速高频震荡形式扩散，由于等离子体密度高(不小于10¹³/cm³)，粒子采用爆破释放方式，同时有冲击波作用，粒子运动速度快，可瞬间产生超高场强电磁脉冲。

2、本发明所提供的武器能够产生宽带、超高场强电磁脉冲，结构简单，无需电能，覆盖范围达几十公里甚至更高。超高场强宽频电磁脉冲武器在某一高度(0～1000km)爆炸释放，电离工质在高能药剂的作用下热致电离产生高密度等离子态物质，该等离子态物质在空间环境的高速高频震荡扩散过程中与高能炸药产生的冲击波联合作用，导致带电粒子与中性粒子高频碰撞实现电荷分离，从而产生电磁场。

3、本发明所提供的武器通过瞬间产生大量高能、高密度等离子体来实现。该武器可产生小范围内、与小型核爆相当的破坏力极强的电磁脉冲，在公里级范围内可将敌方电子设备快速熔毁，或将带有火工品的各类武器系统实现引爆，实现对敌方特定区域、目标进行毁伤打击。对来袭我方作战区域的各种带有电子设备或火工品飞行器实现大面积、高效率、多频次快速毁伤，达到突防与防御的目的。

附图说明

图1为本发明超高场强宽频电磁脉冲武器的结构示意图；

其中附图标记为：1-壳体，2-隔热层，3-固定板，4-药柱，5-包覆套，6-喷管壳体，7-内衬，8-爆破片，9-压环，10-接线座，11-螺钉，12-点火药包，13-点火线。

具体实施方式

实施例1：超高场强宽频电磁脉冲武器结构图如图1，主要由壳体1、药柱4、隔热层2、点火器、喷口组件组成。喷口组件固定在壳体的一端，喷口组件与壳体形成密闭空腔，药柱位于密闭空腔内且固定在壳体的另一端，点火器固定在壳体1上，点火器的点火头与药柱接触。壳体内留有一定密闭空腔是为了满足特定的爆破压强。喷口组件包括喷管壳体6、内衬7、爆破片8和压环9，喷管壳体6的一端与壳体固定连接，爆破片8通过压环9固定在喷管壳体6的另一端，内衬7位于喷管壳体6内壁，压环9通过螺钉11固定。

进一步的，药柱4通过固定板3固定在壳体上。

一级药柱采用可高效产生热能的致热材料与易电离的碱金属材料。待一级药柱燃烧完毕，二级药柱启动，实现高能、高密度等离子体的爆破释放，二级药柱可用TNT、HMX等高能炸药成分代替。壳体内药燃烧时将产生的2800K以上的高温，在壳体内侧装有隔热层可有效大幅降低传递到壳体上的热量，使壳体温升降低、不发生熔化爆破。

该等离子态物质在高空环境的高速高频震荡扩散过程中与高能炸药产生的冲击波联合作用，导致带电粒子与中性粒子高频碰撞实现电荷分离，从而产生电磁场。

依据电磁场理论，计算分析认为在电荷分离瞬间这一极短时间内产生的电场强度高达10⁶V/m量级，电磁脉冲为宽频谱，可通过电缆、天线以及金属屏蔽体上的缝隙和孔洞耦合进入敌方的电子系统，在电子器件的输入和输出端口上产生瞬态高电压和大电流实现毁伤。

为了提高点火效果，点火器包含电点火头、点火线13、装有聚能套和致热剂的点火药包12，也可用其他类型相同性能电点火头。点火线通过接线座10与电源连接，接线座10通过玻璃烧结密封塞密封在壳体上。

实施例2：超高场强宽频电磁脉冲武器系统，包括两个脉冲武器，两个脉冲武器角度可以根据需要调整。

实施例3：超高场强宽频电磁脉冲武器系统，包括八个脉冲武器，八个脉冲武器圆周均布。

工作过程：

1)药柱固定于密闭空腔内，密闭空腔的一端设置有喷口；药柱包括包覆套、相互接触的一级药柱和二级药柱，所述一级药柱和二级药柱依次充装于包覆套内，二级药柱位于包覆套底部，所述一级药柱由等离子体药剂组成，所述二级药柱由高能炸药组成；

2)点火器启动，引燃药柱，等离子体药剂先燃烧产生气化工质并存储于密闭空腔内，热量传递给与等离子体药剂相接触的高能炸药，引燃高能炸药，高能炸药反应至喷口打开的临界压力阈值，喷口打开，气化工质冲出密闭空腔，释放出高能、高密度等离子体，同时产生超强电磁脉冲。

分析本发明的超高场强宽频电磁脉冲武器，与传统脉冲武器的参数对比，详见表2。

表2为本发明超高场强宽频电磁脉冲武器与传统脉冲武器的参数对比

实施例4：3kg级等离子体电磁脉冲战斗部可实现毁伤距离不小于1km-5km、电场强度峰值不小于100kV/m，可对阵地指挥中心、航母战斗群、雷达、飞机、导弹等目标的电子设备进行软杀伤。

实施例5：经过计算仿真分析，100kg级等离子体电磁脉冲战斗部可实现作用距离不小于100km、电场强度幅值不小于1000kV/m，可对卫星、阵地指挥中心、航母战斗群、雷达、飞机、导弹等目标在远场或近场同时进行软、硬杀伤。

Claims (9)

1.一种超高场强宽频电磁脉冲产生方法，其特征在于包括以下步骤：

1)药柱固定于密闭空腔内，密闭空腔的一端设置有喷口；药柱包括包覆套、相互接触的一级药柱和二级药柱，所述一级药柱和二级药柱依次充装于包覆套内，二级药柱位于包覆套底部，所述一级药柱由等离子体药剂组成，所述二级药柱由高能炸药组成；

2)点火器启动，引燃药柱，等离子体药剂先燃烧产生气态和等离子态两相混合工质并存储于密闭空腔内，热量传递给与等离子体药剂相接触的高能炸药，引燃高能炸药，高能炸药反应至喷口打开的临界压力阈值，喷口打开，两相混合工质冲出密闭空腔，释放出高能、高密度等离子体，同时产生超强电磁脉冲。

2.一种超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：包括壳体、药柱、点火器以及喷口组件，所述喷口组件固定在壳体的一端，喷口组件与壳体形成密闭空腔，所述药柱位于密闭空腔内且固定在壳体的另一端，所述点火器固定在壳体上，点火器的点火头引燃药柱。

3.根据权利要求2所述的超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：所述壳体内壁设置有隔热层。

4.根据权利要求2所述的超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：

所述药柱包括包覆套、相互接触的一级药柱和二级药柱，所述一级药柱和二级药柱依次充装于包覆套内，二级药柱位于包覆套底部，所述一级药柱由等离子体药剂组成，所述二级药柱由高能炸药组成。

5.根据权利要求1-4之任一所述的超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：所述喷口组件包括喷管壳体(6)、内衬(7)、爆破片(8)和压环(9)，所述喷管壳体(6)的一端与壳体固定连接，所述爆破片(8)通过压环(9)固定在喷管壳体(6)的另一端，所述内衬(7)位于喷管壳体(6)内壁。

6.根据权利要求5所述的超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：所述点火器还包括点火药包(12)，所述点火药包(12)与一级药柱接触，所述点火头位于点火药包内。

7.根据权利要求6所述的超高场强宽频电磁脉冲武器，其特征在于：点火器通过玻璃烧结密封塞密封在壳体上。

8.一种超高场强宽频电磁脉冲武器系统，其特征在于：包括至少两个权利要求2所述的电磁脉冲武器，至少两个电磁脉冲武器以不同角度分布。

9.一种超高场强宽频电磁脉冲武器系统，其特征在于：包括多个权利要求2所述的电磁脉冲武器，多个电磁脉冲武器圆周均布。

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