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。
研究身管武器发射过程中,弹丸穿越膛口流场时的受力状况、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学科。是弹道学的分支学科。中间弹道学涉及气体动力学、爆炸动力学、燃烧动力学及化学动力学等学科领域。当弹丸飞出枪炮膛口时,高温高压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。膛口气流继续对枪炮产生后效作用,影响后坐力,还能对弹丸形成附加扰动,增大散布,影响射击精度。在膛口周围形成的火药燃气射流、冲击波、膛口噪声及膛口焰等对阵地设施、操作人员及军舰、飞机、战斗车辆等武器载体均有一定的危害与影响。当火炮装有制退器时,危害将更为严重。膛口火药燃气在一定的条件下,还会发生二次燃烧或爆燃,并可能形成二次冲击波。带有膛口装置及运动弹丸的膛口流场,是伴有燃烧化学反应的三维、多相非定常流场。其作用时间短暂(0.2~8毫秒)、参数变化剧烈(压力约从100兆帕变化为0.1兆帕,温度约从2500K变化为300K,速度约从2000米/秒变化至10米/秒)。因此,现象的观测困难极大。在中间弹道学的发展过程中,瞬态流场实验技术,如闪光、激光与X光流场显示与高速摄影,气流压强、速度、温度与密度测量等,也取得了很大进展,为揭示膛口附近的气流规律创造了条件。多元非定常流数值计算方法在膛口流场数值模拟方面成效显著,已有多种方法成功地描述了带弹丸、多组分气体及二(三)维膛口装置周围的流动状态。数值模拟的膛口流场分布见图。中间弹道学的研究内容可归纳为4个方面:①膛口气流机理及膛口流场物理模型。②火药燃气对弹丸的后效作用及有关发射动力学问题。③火药燃气对武器的后效作用及膛口装置设计理论。④膛口气流的环境效应及抑制原理。中间弹道学的早期研究是从火药燃气对枪炮的后效作用开始的。1886年,法国科学家P.H.许贡纽首先计算了火药燃气从膛内排空的规律和反作用力。
第二次世界大战前后,
炮口制退器在德国、苏联等国被广泛采用。这种利用火药燃气剩余能量减小后坐力的技术,对兵器的发展起了巨大的推动作用。同时,也促进了后效期与膛口装置设计理论的发展。20世纪后期,大口径远射程火炮、高膛压坦克炮、装有中效率制退器的轻型火炮与车载火炮及大威力枪的发展使得膛口气流危害问题进一步突出,成为限制火炮发展的技术关键。一方面,需要利用火药燃气剩余能量以有效地减小后坐力,提高武器机动性;另一方面,又必须抑制由此产生的各种危害效应。于是,人们从膛口流场的形成与发展规律入手,寻求新的概念与原理。许多国家开展了系统的实验与理论研究,基本上弄清了膛口气流机理,建立了相应的理论与规范。这些研究结果构成了中间弹道学的理论基础。70年代初,高膛压坦克炮出现后,为提高
脱壳穿甲弹的首发命中率,全面展开了对弹丸发射扰动的研究,并逐步形成了以提高弹丸射击精度为中心的发射动力学分支。当联邦德国学者K.奥斯瓦提斯1964年将自己的著作命名为《中间弹道学》时,其所涉及的范围还比较狭窄。20世纪80年代以来,中间弹道学已经形成了一个独立的学科体系。它与火炮、枪械、弹药等学科关系密切,在武器系统总体论证、利用火药燃气能量、改进装药设计、解决威力与机动性矛盾、提高枪炮射击精度及减小气流危害以提高使用性能等方面,已显示出十分重要的作用。