内弹道学
内弹道学
interior ballistics
内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规律的弹道学分支学科。
枪炮和火箭的发射过程都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药，迅即扩展到整个装药表面，并同时沿着药粒厚度向内层燃烧，不断产生高温气体。
在密闭的枪炮膛内，高温气体直接膨胀做功，推动弹丸向前加速运动，火药燃气及部分未完全燃烧的火药粒也随着向前运动。同时，作用于膛底的气体压力推动枪炮身向后运动。在线膛武器中，弹丸在直线运动的同时还作旋转运动。因此，能量在枪炮膛内的变化过程，实际上就是火药燃气的部分内能转化为弹丸、枪炮身以及随弹丸运动的药粒、火药燃气等的动能的过程。
在火箭发动机内，火药装药的燃速比枪炮膛内要低得多，它所生成的高温气体经过喷管膨胀作用产生高速气流，利用气流向外排出时产生的反作用力推动弹体运动。这两种发射过程代表了两种典型的发射方式。以这两种典型为基础，还可以演变为其他复杂类型的发射方式。例如，无坐力炮的发射过程就是属于这两种典型相结合的发射方式。
内弹道学的研究对象，主要是有关点火药和火药的热化学性质，点火和火药燃烧的机理及规律；有关枪炮膛内火药燃气与固体药粒的混合流动现象，火箭发动机内的气流现象以及气流对火药燃烧的影响；有关弹带嵌进膛线的受力变形现象，弹丸和枪炮身的运动现象；有关能量转换、传递的热力学现象和火药燃气与膛壁或发动机之间的热传导现象等。
内弹道学主要从理论和实验上对膛内的各种现象进行研究和分析，揭示发射过程中所存在的各种规律和影响规律的各有关因素；应用已知规律提出合理的内弹道的方案，为武器的设计和发展提供理论依据；有效地利用能源及探索新的发射方式等。
利用所掌握的内弹道规律，改进现有的发射武器和设计出新型的发射武器，这是内弹道设计 的研究内容。它是以内弹道方程组为基础的 ，例如根据战术技术要求所给定的火炮口径，及外弹道设计所给出的初速、弹重等主要起始数据，解出合适的炮膛结构数据、装填条件，以及相应的压力和速度变化规律。
在内弹道设计方案确定之后，方案的数据就是进一步进行炮身、炮架、药筒、弹丸、引信及发动机等部件设计的基本依据。因此，发射武器的性能在很大程度上决定于内弹道设计方案的优化程度。
能源是实现内弹道过程的主要物质基础，如何选择合适的能源，有效地控制能量释放规律，合理地应用释放的能量以达到预期的弹道效果，一直是内弹道学研究的一个主要问题。
火药是最常用的主要能源。早在无烟药开始应用时对于成形药粒的燃烧，就采用了全面着火、平行层燃烧的假设，并以单一药粒的燃烧规律代表整个装药的燃烧规律，称为几何燃烧定律。它是内弹道学的一个重要理论基础。长期以来，应用这个定律指导改进火药的燃烧条件，控制压力变化规律，以达到提高初速和改善弹道性能的目的。
内弹道学发展简史
内弹道学的理论基础是在19世纪20～30年代才开始建立起来的。最先 进行研究的是意大利数学家拉格朗日，他在1793年对膛内气流现象作出气流速度沿轴向按线性分布的假设，从而确定出膛底压力与弹底压力之间的近似关系 ；1664年，雷萨尔应用热力学第一定律建立了内弹道能量方程；1866～1915年，英国物理学家、枪炮专家诺布耳和英国化学家、爆炸专家艾贝尔根据密闭爆发器的试验，确定出火药燃气的状态方程。
19世纪末法国科学家维埃耶总结了前人研究黑火药燃烧的成果，及无烟火药的平行层燃烧的现象，建立了几何燃烧定律的假设。在此假设基础上采用了相应的火药形状函数来描述燃气生成规律，并用实验方法确定出燃速函数。根据这些理论基础已能建立用于进行弹道解的数学模型，从而在理论和实践上，形成了以几何燃烧定律和定常流假设为基础的内弹道学术体系。在近一个世纪的实践中，这种内弹道体系在武器的设计和弹道实践中一直起着主要的指导作用。
20世纪20年代以后，随着气体动力学的发展，以及射弹向高初速方向发展的需要，膛内物质流动现象已成为基础理论研究的主要对象，并逐渐形成了新的学术领域。其基本内容就是应用气动力学原理来描述内弹道过程，建立内弹道偏微分方程组的数学模型，求解方程组即得到非定常流的弹道解。
最早研究此问题的是英国地球物理学家洛夫和数学家皮达克。他们作出火药瞬时燃烧的单一气相假定，建立了最简单的模型。以后虽然还出现过较复杂的模型，但是限于计算的困难，除了理论意义之外，还不能用于弹道实践。直到50年代以后，随着电子计算技术的发展，才使模型的不断完善和具体应用成为现实。
20世纪70年代还出现了建立在火药粒逐层燃烧条件下气固混合相的模型。这种模型所给出的弹道解，基本上能够反映出膛内气流速度及压力的分布规律，从而有可能为膛内激波形成机理的研究，提供必要的理论依据。虽然这方面的弹道实践，目前还处于积累经验的阶段，但就理论基础而言，已经发展成为以非定常流为基础的内弹道学术领域。它同以拉格朗日假设为基础的传统内弹道学有着很大的差别，但是在实用上两者各有所长。
在实验内弹道学方面，由于内弹道过程具有高温、高压、高速及时间很短的特点，内弹道的测量技术也相应地有其特点，并已发展成为专门的领域。最早出现的弹道测量是1740年英国数学家、军事工程师罗宾斯应用弹道摆法测量弹丸的初速。
19世纪60年代，布朗日发明了落体测时仪，大大地提高了测量初速的精度，诺布耳用铜柱测压法测量火炮的最大压力，并配合音叉测时法应用于密闭爆发器，进行压力随时间变化的测量。这两种测量技术的发展，使内弹道学开始进入应用科学的领域，对整个武器的发展具有深远的意义。但是应用铜柱法还不能准确和完整地测量膛内压力变化的规律。
20世纪30年代以后，又发展了测量膛内压力随时间变化的压电仪器。这种仪器的应用，使内弹道理沦和相应的数学模型得到了客观的检验。50年代以后，随着电子技术和计算技术的发展，广泛使用了数据自动处理的测速和测压仪器，测量炮身温度分布的热电偶，测量膛内弹丸位移随时间变化的微波和激光干涉仪，以及测量膛口弹丸运动姿态和流场变化的高速摄影仪等仪器。在试验方法方面也趋于应用综合性多参数的弹道测量，以提供更多的数据。现代两相流理论就是在多路压力曲线测量条件下发展起来的。
随着实验内弹道学的进一步发展，必将使内弹道学理论日趋完善。
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