弹丸内弹道学及其复杂现象

通常，弹丸的内弹道过程可以分为以下四个过程。

（1）点火过程

后膛炮弹从炮尾装入并关闭炮闩后，便处于待发状态。射击是从点火开始，通常是利用机械作用使火炮的击针撞击药筒底部的底火，使底火药着火，底火药的火焰又进一步使底火中的点火药燃烧，产生高温高压的气体和灼热的小粒子，并通过小孔喷入装有火药的药室，从而使火药在高温高压的作用下着火燃烧，这就是所谓的点火过程。

（2）挤进膛线过程

在完成点火过程后，火药燃烧，产生大量的高温高压气体，并推动弹丸运动。由于弹丸的弹带直径略大于膛内的阳线直径，因而在弹丸开始运动时，弹带是逐渐挤进膛线的，阻力不断增加，而当弹带全部挤进（嵌入）膛线后，阻力达到最大值，这时弹带被划出沟槽并与膛线完全吻合（图2-1），这个过程称为挤进膛线过程。

图2-1　弹丸在炮膛内运动

1—膛线；2—弹带嵌入。

（3）膛内运动过程

弹丸的弹带全部挤进膛线后，阻力急剧下降。随着火药的继续燃烧，不断产生具有很大做功能力的高温高压气体。在这样的气体压力作用下，弹丸一方面沿炮管轴线方向向前运动，另一方面又沿着膛线做旋转运动。在弹丸运动的同时，正在燃烧的火药气体也随同弹丸一起向前运动，而炮身则向后运动。所有这些运动都是同时发生的，它们组成了复杂的膛内射击现象。随着这种过程的进行，膛内气体压力从起动压力p0开始，升高到最大膛压pm后开始下降，而弹丸的速度不断增加，在弹底到达炮口瞬间，弹丸的速度称为炮口速度（图2-2）。以后，弹丸离开炮口而在空中飞行。(www.xing528.com)

图2-2　膛内压力、速度随行程的变化曲线

（4）火药气体对弹丸后效作用过程

弹丸飞出炮口之后，在它后面的火药气体也将随之喷出。这时，气体的运动速度将大于弹丸的运动速度，对弹丸仍将起着推动作用，使弹丸继续加速。但是，由于气体流出后将迅速向四周扩散（膨胀），因而在距离炮口的某一距离处，火药气体的运动速度将变得小于弹丸的运动速度，对弹丸不再起推动作用。对弹丸来说，当火药气体的推动作用同空气对弹丸的阻力和重力的影响相平衡时，弹丸的加速度为零，此时速度将达到最大值。这就是说，弹丸运动的最大速度不是在炮口处，而是在出炮口以后的某一弹道点上。尽管弹丸飞出炮口后，火药气体对弹丸运动继续起作用的这段弹道不长，但对弹丸运动的影响是不可忽视的。

弹丸自飞出炮口到伴随流出的火药气体对弹丸作用消失为止的这段弹道，是中间弹道学的研究对象。过去，总是把中间弹道作为内弹道学的一个组成部分来对待。在处理具体的弹道问题时，是将炮口作为内、外弹道的分界，把在外弹道某点处的速度测出以后，考虑弹丸的受力情况，然后再折算到炮口，并把这一折算后的速度（初速v0）作为弹丸外弹道的起始条件。这样，火药气体在中间弹道对弹丸运动速度的影响也就被间接地考虑了。

但是，弹丸在中间弹道上的运动是一个十分复杂的问题。图2-3给出了某一瞬时中间弹道的流场示意图。由此可见，弹丸在中间弹道内的受力和运动情况是比较复杂的，只是间接考虑火药气体对弹丸运动速度的影响是不够的。对中间弹道的初步研究表明，深入认识中间弹道内的物理本质，可能对火炮炮口处的结构选择以及弹丸射击精度的提高都会带来好处。

至于火箭弹的内弹道问题，它是研究火箭发动机工作原理的。与弹丸的运动不同，在火箭发动机工作时，将不断喷出燃气气流而直接产生反作用——推力，从而推动火箭弹运动。

图2-3　中间弹道流场示意

1—前驱波；2—初始冲击波；3—马赫盘；4—瓶状冲击波；5—爆炸冲击波。