设计师如何掌握主动权主动设计学姆⒄

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杨-赫姆霍尔兹的三色学说
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官方公共微信内弹道学_百度百科
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内弹道学（interior ballistics）研究发射过程中枪炮膛内及固体火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换和枪炮弹丸的运动等规律以及其他有关现象的学科。是弹道学的一个分支。
内弹道学研究范畴与分类
枪炮和火箭大都以火药为能源。其工作过程也都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，产生的高温燃气及灼热粒子，再点燃发射装药。着火后的装药在点火过程迅速扩展到整个装药表面的同时，沿着药粒厚度向内层燃烧，不断生成高温的燃气。枪炮和火箭就是通过这种燃气在有限容积中所形成的高压，产生了相应不同的发射现象。前者是高压燃气直接膨胀做功，推动弹丸沿身管向前加速运动；同时，火药燃气本身以及部分药粒也随着向前运动。后者则是通过在喷管中的膨胀作用产生高速气流，利用气流的反作用力推动火箭运动。这两种不同的发射方式标志了两种典型武器，而与其相应的内弹道学也就划分为两种不同的研究范畴，即身管武器内弹道学(或枪炮内弹道学)和火箭内弹道学。
枪炮膛内的射击现象包含多种运动形式。除了在火药燃气压力作用下的弹丸、燃气及药粒沿身管的运动，标志着身管武器内弹道基本特征之外，同时还有一些与武器结构有关的其他运动形式。例如，线膛武器的弹丸旋转运动，密闭类型身管武器的身管后坐运动等。在半密闭类型身管武器中，无坐力炮虽不存在炮身的后坐运动，但有火药燃气从炮尾喷管流出的运动；而迫击炮则有身管的后坐运动，同时还有燃气从间隙流出的现象。因而，身管武器内弹道学又常划分为各种类型武器的内弹道学，如一般枪炮(枪、加农炮、榴弹炮等)内弹道学、无坐力炮内弹道学、迫击炮内弹道学等。在固体火箭发动机内，除了燃烧室存在复杂的燃气流动外，还有燃烧产物在喷管中膨胀与高速流出的现象，以致发动机内的质量不断减少。因此，按热力学过程的性质来区分，一般枪炮属于密闭的变质量变容系统，无坐力炮与迫击炮属于半密闭的变质量变容系统，而火箭则属于半密闭的变质量定容系统。[1]
内弹道学对象和性质
内弹道学所研究的对象，归纳起来主要有以下4个方面：
①点火药和火药的物理化学性质，火药点火与燃烧过程的机理及规律。
②枪炮膛内与固体火箭发动机内的火药燃气与固体药粒之间的两相流动现象。
③有关弹带嵌进膛线的受力变形现象，以及弹丸和枪炮自身的运动现象等。
④有关能量转换及输运的热力学和火药燃气与膛壁或发动机之间的热传导现象等。这些研究对象表明，内弹道学是一门涉及化学热力学、传热学、燃烧理论、气体动力学及固体力学等学科领域的综合性应用学科。[1]
内弹道学目的和方法
内弹道学研究的根本目的，是揭示发射过程中的各种规律及其影响因素，为改进现有武器和发展新武器提供依据。其主要研究内容，是根据射击武器的特点及其主要现象的物理实质，建立描述过程变化的质量方程、动量方程、能量方程以及状态方程等，组成内弹道方程组。方程组的解即可直接体现出发射系统所发生的各种变化规律，解决内弹道计算和内弹道设计问题。前者是指从已知身管武器系统的有关数据，计算出相应的燃气压力及弹丸速度随弹丸运动的行程及时间变化的规律，或从已知火箭武器系统的有关数据计算出发动机内的燃气压力及全弹速度随时间变化的规律；后者则是根据战术要求所给定的口径、弹丸质量和初速等主要指标，确定出合理的武器系统设计方案。这两种计算都可以直接通过对方程组所编制的计算机程序来完成。
内弹道方程组所解出的燃气压力p随时间t的变化曲线，是内弹道过程特征的标志。因此，身管武器和火箭武器有各自不同的典型曲线。图1的p梩曲线所标志的身管武器热力学过程特征表明，其压力变化规律决定于火药燃气生成速率和弹后空间增加速率，前者增加使压力增长，而后者增加则使压力下降。当两种效应达到瞬时平衡时，即给出最大压力pm。但是，p梩曲线虽然有升降的变化，而弹丸则因一直受压力的作用不断加速，从而给出如图所示的v梩曲线。弹丸出膛口瞬间的速度vg称为膛口速度，通常可视为初速，最大压力和初速是身管武器的两个主要弹道标志量。图2的p梩曲线同图1有所不同，代替弹后空间变化的因素，是火药燃气经过喷管的流出速率，而且在相当一段时间内可以使压力保持接近不变的相对平衡状态，如图中压力变化平缓的pc，称为平衡压力，它是反映火箭弹道特征和火箭发动机性能的主要标志量。
压力曲线不仅直接反映出一定装药条件下的压力变化规律，而且也间接地反映了火药燃烧规律和弹丸速度的变化规律。所以，它体现了内弹道的内在规律对武器的性能有很大影响。改变压力变化曲线，主要依靠装药结构的设计。因此，为了保证武器的弹道性能，必须研究装药结构对压力变化的影响，从而使得发射装药设计成为内弹道设计的一个主要组成部分。
根据身管武器的内弹道特点，整个压力变化规律是否优化，主要是通过两个弹道指标来评价，即发射药能量利用效率和炮膛工作容积(弹丸行程与炮膛截面之积)利用系数。前者是指弹丸飞离膛口瞬间，火药燃气所完成的总功与火药燃气总能量的比值，通常称为弹道效率。后者则是指弹丸飞离膛口瞬间，火药燃气所完成的总功与炮膛工作容积和最大膛压的乘积之间的比值，它是衡量压力曲线变化平缓程度的相对标准，故又称为示压效率。在身管武器中，弹道效率一般约为20%～30%，示压效率则在0.5～0.75之间。发射装药设计的方法就是以这两种效率为依据，通过发射药的种类、性质、形状和尺寸，以及装药结构等的选择来调整压力曲线，以期达到各项指标要求。[1]
内弹道学发展沿革
早在1793年，法国力学家、数学家J.－L.拉格朗日对膛内气流现象提出了气流速度按线性分布的假设，即开始了基础理论的研究。1864年法国科学家H.雷萨耳应用热力学第一定律建立了内弹道能量方程；年英国物理学家A.诺布尔和化学家F.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P.维埃耶总结了前人研究黑火药燃烧的经验，并根据无烟火药的平行层燃烧现象，提出了几何燃烧定律的假设，从而建立了表达燃气生成规律的形状函数和以实验方法确定的燃速函数。至此，应用这些理论已能建立数学模型并给出表达弹道规律的弹道解。由此在理论上和实践上形成了以几何燃烧定律和拉格朗日假设为基础的内弹道学理论，即经典内弹道学。
20世纪20年代以后，随着气体动力学的发展，以及武器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原理来描述内弹道过程，建立起相应的数学模型，并得出非定常流的弹道解。最早得出分析解的是英国物理学家A.E.H.洛夫和数学家F.B.皮达克。他们提出火药瞬时燃烧的单一气相假定，建立了最简单的数学模型，但是限于计算的困难，研究工作进展缓慢。直到50年代以后，随着电子计算机的发展，才使模型不断完善并发挥了应有的作用。70年代出现了K.K.郭及P.S.高夫等人建立在火药粒逐层燃烧条件下的气固混合相模型。其所给出的弹道解，基本上能够反映出膛内气流速度和压力的分布规律，为研究膛内压力波现象提供了必要的理论依据，并使非定常流的内弹道气动力理论得到了较完善的发展。1979年，中国学者提出了内弹道势平衡理论，并应用此理论研究膛内火药实际燃烧规律，建立了相应的弹道解法，从而形成了一个新的、较为完整的、有别于以几何燃烧定律为基础的内弹道学理论。但它在处理膛内气流问题上，仍然沿用经典内弹道学的拉格朗日假设。
由于内弹道过程具有高温、高压、高速及瞬时性的特点，其测量技术也相应地有其特点，并已发展成为专门的实验研究领域。最早出现的弹道测量是1740年英国数学家、军事工程师B.罗宾斯应用弹道摆法测量弹丸的初速。19世纪60年代P.勒布朗日发明了落体测时仪，大大地提高了测量初速精度；英国物理学家A.诺布尔又发明了铜柱测压法测量枪炮的最大膛压，并配合音叉测时法应用于密闭爆发器的压力検奔淝?叩牟饬俊U饬街植饬考际醯姆⒄梗?鼓诘?姥Э?冀?胗τ每蒲У牧煊颍?晕淦鞯姆⒄咕哂猩钤兜囊庖濉?0世纪30年代以后，又发展了测量枪炮压力検奔淝?叩难沟缫瞧鳎?庵忠瞧鞯挠τ檬沟媚诘?览砺奂捌湎嘤Φ慕夥ǖ玫搅丝凸鄣难橹ぁ?946年，美国阿伯丁武器试验场创建了第一代电子计算机，推动了复杂的理论问题研究，使弹道学的发展进入了一个新的阶段。50年代后，随着电子技术和计算技术的发展，广泛应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，测量膛内弹丸速度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。在实验方法上广泛发展了综合性多参数的同步测量技术，以提供更多和更全面的数据。
此外，以液体发射药为火炮能源的研究，已取得进展，其点火燃烧、燃气生成及压力变化规律与使用固体发射药能源的情况又有所不同。它已成为内弹道学的一项新的研究内容。[1]
．江西国防教育网[引用日期]

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