弹射内弹道学：航天器发射技术3.3.3成果

内弹道学是弹道学的一个重要分支，是从研究火炮等身管武器的性能而发展起来的，主要研究武器在射击或发射过程中发生的各种物理化学现象和过程规律性。针对不同的发射系统，内弹道学又可分为枪炮内弹道学、无后坐力炮内弹道学、迫击炮内弹道学、火箭（发动机）内弹道学、弹射内弹道学等，其中最基本、有明显区别的是基于压强推进原理的枪炮内弹道学和基于反作用原理的火箭内弹道学，弹射内弹道学则是在这两种内弹道学的基础上发展而成的。

对弹射器工作原理和性能的研究被称为弹射内弹道学，主要研究弹射发射过程中高压室内的火药燃烧规律、燃气流动规律和压强变化规律以及低压室内的压强变化规律、能量转化规律和运载火箭运动规律等。

弹射内弹道学的任务是有效地控制弹射发射过程，以便改进现有的弹射器和创制出性能优良的弹射器。这就需要从理论和试验两个方面来研究弹射发射过程中装填条件、弹射器内部结构诸元与高压室压强、低压室压强、运载火箭速度等之间的关系，找出它们之间的规律，并将这些规律应用到弹射器的设计中去。其中装填条件是指弹射器高压室火药的种类、形状、尺寸和质量，以及运载火箭质量（弹射质量）等，结构诸元是指高压室初始容积、低压室初始容积、发射筒（低压室）直径、发射筒全长、运载火箭在筒内的全行程长等。

具体而言，弹射内弹道学包含两个基本任务，即内弹道性能计算和内弹道参数设计。

内弹道性能计算又称正面问题或解法问题，是在已知装填条件和结构诸元的条件下，求得高压室压强变化规律、低压室压强变化规律及运载火箭的运动规律，特别是高压室最大压强、低压室最大压强、运载火箭最大发射加速度和运载火箭离筒速度等重要的内弹道参数。(www.xing528.com)

内弹道参数设计又称反面问题，是求得合理的装填条件和结构诸元方案，以使规定质量和直径、长度的运载火箭在不超过允许发射加速度的条件下获得规定的离筒速度。

在对新的弹射器进行内弹道设计时，是以正面问题为基础的，即利用弹道解法所提供的内弹道公式，设计出能满足运载火箭发射系统总体给定条件（运载火箭的质量、直径、离筒速度、发射加速度允许值）的弹射器结构参数和装填条件。而能满足给定条件的内弹道设计方案不是唯一的，可以有多个，这就需要在设计过程中对它们进行分析比较，选择其中最合理的方案。对于设计出来的内弹道方案，还要求出正面问题的解，即计算出相应的压强曲线和速度曲线等。这样求得的内弹道设计方案以及压强曲线和速度曲线等将是进一步设计高压室、低压室、发射筒等的重要原始数据，并为运载火箭结构设计提供参考。

在经典内弹道学范畴内，内弹道方程组由一阶常微分方程和代数方程组成，而在现代内弹道学范畴内，考虑了气体的多相、非定常、三维流动，弹射内弹道方程组含有偏微分方程。无论经典内弹道方程组还是现代内弹道方程组，均无法给出解析解，需要借助计算机，采用数值方法对内弹道过程进行计算和模拟。

在内弹道设计过程中，常常需要借助计算机和优化方法对方案进行优化。