中间弹道学(intermediate ballistics)
中间弹道学是研究弹丸穿越枪炮膛口流场时的受力和运动规律,以及伴随膛内火药燃气排空过程发生的各种现象的弹道学分支学科。
弹丸飞出枪炮膛口时,高温、高压的火药燃气被突然释放,在膛口外急剧膨胀,超越并包围弹丸,形成气动力结构异常复杂的膛口流场,继续对武器及弹丸产生后效作用。并且在膛口周围形成膛口冲击波、噪声及膛口焰,构成对周围环境的危害。
中间弹道学主要研究膛口流场的形成与发展机理、火药燃气对弹丸的后效应、火药燃气对武器的后效作用、膛口气流对周围环境的影响等几个方面。
膛口流场是由多个冲击波与射流组成的三维、非定常气流区。在弹丸飞出前,膛口外已有了由于弹丸在膛内运动而推动空气柱产生的球面初始冲击波。弹丸出膛后,口部又形成了一个火药燃气射流,它具有形状与尺寸比较规则的内激波系。
在射流与初始冲击波之间,则是火药燃气推动空气形成的第二个球面冲击波,称为膛口冲击波。在射流边界,未完全氧化的火药燃气与空气混合后,可能再次重新燃烧而形成明亮的膛口焰。当武器装有各种膛口装置时,还将出现多个冲击波与多个射流在空间嵌套、相交的更为复杂的波系。对流场机理的研究是中间弹道学理论分析的基础。
火药燃气对弹丸的后效作用是研究弹丸穿越膛口流场时获得的增速和受到的扰动。火药燃气射流核心的最大速度通常超过2000米/秒,它以马赫数3~5的相对速度由弹尾方向作用于弹丸,使弹丸继续加速。而且,对于已具有一定初始攻角的弹丸还将产生翻转力矩,使章动加剧,散布增大。在有膛口装置或气流、尾翼不对称时,这个影响更为严重。
此项研究的目的是为了分析弹丸起始扰动产生的原因和影响因素,寻求控制和减小起始扰动的措施,较为准确地给定外弹道的初始条件,为提高射击精度、合理地设计弹丸与膛口装置结构提供理论依据。
火药燃气对武器的后效作用是研究后效期膛内参数的变化规律,及火药燃气对身管、膛口装置的反作用力。这对解决武器威力与机动性的矛盾有一定意义。
膛口气流对周围环境的影响是研究膛口冲击波、噪声、膛口焰等危害因素的作用规律与控制原理,为合理防护提供依据,以便最大限度地减轻其危害作用,进一步提高武器的性能。
20世纪60年代以来,随着武器威力的不断提高,射击精度、膛口气流对周围环境的危害作用,及武器威力与机动性的矛盾等问题日益突出;同时,气体动力学、计算科学以及流场测量和显示技术等的发展,为中间弹道学的研究提供了理论基础和实验手段,使其不断扩展研究范围并逐步形成了自己的学科体系。
在中间弹道学的发展中,测量技术和数字模拟方法的研究占有重要地位。除已广泛采用闪光、激光及 X光高速摄影和多点测压系统外,在光谱与声学测温、激光测速与干涉法流场显示技术等方面均有较大进展,利用电子计算机进行二维非定常流数值计算已较成熟,可模拟包括弹丸及简单膛口装置在内的多介质流场,并朝着三维、真实流场的数字模拟发展。