Energetická analýza elektromagnetických zbraní

Technologický demonstrátor EM děla, které testuje americké námořnictvo; větší foto / US Navy

V poslední době se čím dál častěji objevují zprávy o testování elektromagnetických (EM) zbraní. Jsou EM zbraně reálným zbraňovým systémem nebo jen high-tech “hračkou”?

Projektilu o hmotnosti 1 kg k vystřelení rychlostí 5 Mach (1700 m/s) je třeba udělit energii E ≈ 1,5 MJ. Délku „hlavně“ EM děla předpokládejme 8,5 m, aby se s ní dalo přiměřeně zaměřovat do azimutu a výšky. Doba průchodu projektilu hlavní bude asi 0,01 sekundy.

K vystřelení projektilu o hmotnosti 1 kg tak bude třeba akumulovat energii 1,5 MJ, která se bude muset uvolnit během setiny sekundy . Z výkonového hlediska se tak jedná o pulsní výkon 150 MW. Ke srovnání jeden jaderný reaktor elektrárny Dukovany má elektrický výkon 510 MW.

Předpokládejme, že projektil v cíli by měl v cíli vyvodit účinek střely ráže 155 mm o hmotnosti 44 kg. Potom by bylo třeba k výstřelu akumulovat energii 66 MJ, takže pulsní výkon EM děla by činil 6600 MW, což je více něž trojnásobek energetického výkonu jaderné elektrárny Temelín.

Samozřejmě neplatí, že k pohonu EM zbraně je nutná jaderná elektrárna. Jde jednoduše o elektrický výkon, který je nutno v jeden okamžik uvolnit. To samozřejmě klade drastické požadavky na akumulaci energie a na přenosovou soustavu (např. velký průřez napájecích kabelů).

EM dělo se dá tak z energetických důvodů reálně řešit jen jako stacionární prostředek nebo na platformě jako jsou bitevní lodě s dostatečně výkonným energetickým zdrojem a s možností umístění elektrických baterií k uložení potřebné energie k výmetu projektilů.

Problém je nízká životnost „hlavně“ EM děla, která vyplývá z enormního opotřebení otěrem mezi „hlavní“ a projektilem. Jde o důsledek vysoké rychlosti kombinované s tepelným namáháním. Dá se to srovnat s opotřebením tankových hlavní, které vystřelují podkaliberní průbojné střely se srovnatelnou rychlostí. Jejich životnost nepřekračuje 100 výstřelů při střelbě podkaliberními střelami.

Porovnejme EM dělo s klasickou houfnicí ráže 155 mm vystřelující střelu o stejné hmotnosti 44 kg rychlostí 950 m/s  (dálka střelby 35 km). Úsťová energie střely je ≈ 20 MJ a doba průchodu hlavní je asi 0,015 sekundy . Potom pulsní výkon klasické houfnice činí 1350 MW.


 Americké námořnictvo financuje vývoj a testování EM děla.

Protože dělo je principem tepelný pístový stroj, pak uvedená houfnice má litrový výkon 10 MW/litr. Ve srovnání s běžným zážehovým motorem má tak litrový výkon stotisíckrát větší. Důsledkem je, že životnost hlavně při střelbě maximální náplní je do 1000 až 1500 výstřelů, takže pracovní životnost hlavně činí jen 15 až 20 sekund!   Ve srovnání životnost zážehového motoru jde do tisíců hodin.

Z porovnání plyne závěr, že jako energetický zdroj k vymetávání střel zatím mohou sloužit jen střeliviny (bezdýmné prachy – nitrocelulózové, nitroglycerinové, diglykolové).

Ze všech možných dostupných energetických zdrojů jsou jen ony schopny vyvinout v milisekundách požadovanou energii k vymetení střel v uživatelsky přijatelné konstrukční koncepci, tj. v řešení palné zbraně od pistole přes útočné pušky ke kanónům velkých ráží (max. ráže 800 mm – německý železniční kanón Dora).

Nahlásit chybu v článku

Doporučte článek svým přátelům na sociálních sítích

Související články

“Elektromagnetický” start stíhačky F/A-18 z letadlové lodě USS Gerald R. Ford

Před několika dny stíhačka F/A-18F Super Hornet premiérově odstartovala z nové letadlové lodě USS ...

Americké a ruské elektromagnetické pulzní zbraně

Americké letectvo (US Air Force) podle vlastních slov zavedlo do výzbroje určitý počet střel CHAMP ...

Americká armáda chce elektrické obrněné brigády

Dříve nebo později všechna vojenská vozidla přejdou plně na elektrickou energii. Otázkou je, zda ...

Francouzsko-německý projekt elektromagnetických zbraní pokračuje

Úspěšné zakončení vývoje elektromagnetických zbraní by znamenalo převratnou změnu pro ...

Přidávat diskuzní příspěvky a hlasovat pro článek mohou jen registrovaní. Prosím zaregistrujte se nebo se přihlašte!

Komentáře

Zvýraznit zeleně příspěvky za posledních:
  • Ultramarinus
    13:37 25.12.2017

    Mají nějáké řešení problému s opotřebením o kterém tu nebyla řeč?

    Třeba využívání více paralelních hlavní jako v gatlingově opakovacím systému?

    Nebo třeba on-line monitoring opotřebení jednotlivých segmentů a jejich automatickou výměnu?

    Nebo dočasné vytvoření vakua uvnitř hlavně pro snížení negativních efektů teploty v hlavni a oděru elektrod?

    Neuvažovali také o přidání railgunu jako dálkového bombardovacího prvku, do výzbroje ponorek, nebo bombardérů? Nebo nějákého menšího do dalšího AC130 Hekrulesu?

  • Jan Grohmann
    14:10 17.12.2017

    Info od autora,:
    Pro 6 výstřelů za minutu o energii 32 MJ je potřeba výkon zdroje 25 MW po dobu 60 sekund (= 1 minuta). To znamená, že uvedený zdroj vyrobí za minutu energii (práci) 25.10^6 * 60 = 1500.10^6 = 1,5.10^9 = 1.5 GJ, která se uskladní v napájecím zdroji.

    Když každý výstřel potřebuje k vystřelení energii 32 MJ, to znamená, že celkově se spotřebuje energie o hodnotě 6 * 32 MJ = 192 MJ.

    Účinnost elmg. zbraňového systému je tak 192 MJ / 1500 MJ = 0,128, tj. 12,8 %.¨

    To je přímá energetická účinnost zbraňového systému.

    Ke srovnání, energetická účinnost palných zbraní je více než 30 %, prakticky je trojnásobně větší.

    Pokud bychom do účinnosti započítali i energetickou účinnost zdroje el. proudu pro akumulaci do napájecích zdrojů, která nebude větší než 50 %, takže celková energetická bilance účinnosti elmg zbraňového systému bude tedy jen 0.5 * 0,128 = 0,064, tj. 6,4 %. Z toho vyplývá, že palné zbraně jsou ve skutečnosti 6tinásobně energeticky účinnější.

    Značné energetické ztráty elmg zbraňového systému jsou důvodem enormního zahřívání vodících částí a tím jejich rychlého opotřebení.

    Konstatování v úvodu článku „Francouzsko-německý projekt elektromagnetických zbraní pokračuje“, že: „Úspěšné zakončení vývoje elektromagnetických zbraní by znamenalo převratnou změnu pro dělostřelectvo. Jejich efektivita totiž několikanásobně převyšuje i ty nejmodernější současné houfnice a kanóny“, se tak ukazuje jako ne zcela oprávněné tvrzení (efektivita je totéž co účinnost).

    Pozn.:kapacita napájecích zdrojů má rozměr v joulech (GJ), nikoliv ve wattech (GW).

    PS. Je třeba rozlišovat trvalý výkon od pulsního (špičkového) výkonu, vykonávaného jen omezený čas, tj. energie vydaná ve zlomku času. U palných zbraní je to v průměru do 15 milisekund. Na vysvětlenou, trvalý výkon běžného člověka se uvádí 0.1 kW, ale špičkový výkon podávaný jen krátkodobě, do minuty, může být až desetinásobně větší, tj. 1 kW, u trénovaných sportovců i více. To je schopnost všech živých tvorů!

    S pozdravem
    Milan Vašíček

  • Dunnk
    19:42 15.12.2017

    Děkuji za odpověď.

    Jenom na většině webů píšou, že pro 6 výstřelů za minutu o energii 32MJ budou potřebovat po dobu 60 sekund výkon 25MW.

    Třída Zumwalt by měla mít výkon 78MW. Porovnání s Dukovany je trochu závádějící.

  • Jan Grohmann
    09:29 15.12.2017

    Dunnk: Info od autora:
     
    Tramvaj bude k rozjezdu potřebovat trakční výkon pouze 150 kW, což je tisíckrát méně, než je spočítáno. (1,5 MJ = 1,5.10^6 / 10 = 0,15.10^6 W = 150.10^3 W = 150 kW)
     
    (jednotky: 1M = 10^6, 1k = 10^3)

  • Dunnk
    20:57 14.12.2017

    Nemáte v tom výpočtu trochu chybu.
    Prázdná tramvaj T3 važí 16000 kg aby se rozjela na 50 km v hodině potřebujete asi 1,5 MJ.
    Při zrychlení 1,5 ms2, dosáhne rychlosti 50 km/h asi za 10 sekund.

    Budete tedy potřebovat tramvaj výkon 150 MW během 10 sekund?

  • Rase
    20:10 14.12.2017

    Američané se rozhodli omezit další financování vývoje elektromagnetických zbraní, protože v dané oblasti nebylo dosaženo očekávaných výsledků. Ve vývojových programech bylo proinvestováno půl miliardy dolarů, byť nezajistilo vytvoření zbraně připravené k boji, je v plánu maximálně využít získané technologie a komponenty u konvenčních zbraní.
    Příkladem mohou být speciální projektily HVP (Hyper Velocity Projectile), by měly být upraveny pro použití v námořních kanónech Mark 45. V elektromagnetickém děle mohly projektily HVP údajně dosáhnout rychlost 7500 km/h a zasáhnout cíl ve vzdálenosti 160 km. V kombinaci s kanónem Mark 45 se předpokládá dosažení rychlosti přesahující 3000 km/h a maximálního doletu pod hranicí 100 km, což je hodnota výrazně větší něž u standardní dělostřelecké munice. Projektil HVP nenese žádnou výbušninu. Osobně jsem hodně zvědavý, kde všude tyto projektily uvidíme. Bylo by fajn, pokud by se je podařilo osadit i na pozemní techniku. Nevíte o těch nábojích něco víc ?

  • jan.mrcasik@protonmail.com
    13:26 14.12.2017

    Údaj o životnosti vývrtu tankové hlavně je silně zavádějící.
    Životnost 100 výstřelů platila pro původní 125 kanony tanků T-72, vystřelující podkaliberní střely s železnými prvky.

    Například pro německo-americký 120mm kanon M256 je udávaná životnost vývrtu při střelbě podkaliberní municí 1500 ran, protože je nejprve nitridován a pak ještě tvrdochromován a americké APFSDS mají šetrnější saboty.

    I životnost kanonů 2A46 byla navíc postupně zvýšena, pokud mne paměť nešálí, minimálně na 300 ran.