外弹道学（External ballistics）是研究弹箭及其他发射体在空中或水中的运动规律及有关现象的学科。弹道学的分支学科。外弹道学的研究对象包括枪弹、炮弹、炸弹、火箭及导弹等飞行体。它建立在理论力学、空气动力学等力学基础之上，依赖于气象学、控制论及计算技术的发展，与测量技术密切相关。外弹道学所要解决的问题，是保证弹箭可靠地飞达预定目标。

主要任务是研究弹箭及其他发射体的飞行性能及其影响因素，为改进和研制武器提供依据。在武器弹药的研究、设计、试验和使用中占有重要地位。外弹道学可分为身管武器外弹道学、火箭外弹道学、导弹外弹道学、航空外弹道学和鱼雷弹道学等分支学科。

中国春秋战国时期成书的《考工记》中，就有关于保持箭矢飞行稳定的详细论述。如《考工记・矢人》说：箭干“夹其阴阳以设其比，夹其比以设其羽，叁分其羽以设其刃，则虽有疾风亦弗之能惮矣”“前弱则_，后弱则翔，中弱则纡，中强则扬，羽丰则迟，羽杀则_”，都是出于对箭矢飞行稳定性要求的考虑。

北宋时期，中国发明了以火药作为动力的焰火火箭；13世纪开始使用以火药为能源的射击武器，传入欧洲以后，有力地推动了弹丸运动的研究。

直至17世纪30年代，意大利科学家伽利略才从严格的数学、力学基础上导出了只考虑恒定重力作用的真空弹道方程。1687年，英国物理学家I.牛顿第一个提出考虑空气阻力的空气弹道解法。1753年，瑞士数学家、力学家L.欧拉在实验研究空气阻力的基础上，提出了适用于亚声速（小于250米/秒）弹丸的平方阻力定律和弹道的近似分析解法──欧拉解法。之后，又出现过多种近似分析解法，如意大利F.西亚切提出了对亚声速、跨声速、超声速同时适用的西亚切阻力定律和适用于低伸弹道的西亚切解法（西亚切_Ⅲ，1896），以及苏联的1943年阻力定律等。但对于大射角的高速弹道，还不能给出足够准确的解。直到20世纪20年代，出现了数值积分法（如差分法、龙格_库塔法等）以后，才得到一个较为准确的计算空气弹道的普遍方法。

19世纪中期，长圆形弹体和线膛火炮使用后，旋转稳定弹的偏流现象被发现，促使弹道学者建立起刚体弹道模型，研究飞行稳定性，并对考虑全部作用力和力矩的弹箭质心运动和绕心运动进行较深入的研究。在20世纪20年代前后，出现了以弹道系数、初速和射角为自变量的地面火炮外弹道表，可以方便地查算弹道诸元。此后，又出现了高射火炮外弹道表、用于枪及反坦克武器的低伸弹道表和用于投放炸弹的航空炸弹弹道表等。弹道表的内容也由基本诸元发展到基本诸元与修正诸元并列。火箭武器出现以前的外弹道学，实际上就是身管武器外弹道学。

第一次世界大战中出现航空炸弹和鱼雷以后，相应地促进了包含炸弹弹道在内的航空弹道学和研究鱼雷在水中运动的水中弹道学的发展。第二次世界大战中出现了以德国V_2弹道式火箭为代表的有控弹，此后研制了各种类型的导弹及其他灵巧弹，相应地开展了弹箭控制飞行过程的研究，拓展了外弹道学的研究领域。20世纪中后期，发展了研究潜地导弹、火箭助飞鱼雷等兼有水下和空中弹道规律的双介质弹道学。

第二次世界大战后，由于测试技术和实验弹道学的发展，特别是高速风洞和弹道靶道的建立，弹箭空气动力学的研究有了新的突破，除改善了诸空气动力系数的理论计算和实测的准确性外，还发现了在大攻角条件下的诸空气动力的非线性问题，并创立了弹箭飞行动态稳定性理论。

从19世纪末以来，外弹道优化设计研究不断深入，从孤立的最大射程角、弹体质量、初速最佳组合、弹体的优化气动外形，逐渐发展到外弹道、气动力、优化理论和电子计算机技术相结合的综合优化设计的飞跃。

主要包括质点弹道、刚体弹道、弹箭飞行稳定性、起始扰动分析、射击精度、有控弹道、外弹道优化理论、弹道实验技术及参数辨识等。

常规弹箭在空中飞行时，除了火箭弹（含火箭增程弹）弹道主动段受到推力作用外，全部飞行过程仅考虑重力和空气阻力的弹体质心运动规律，属于质点弹道研究的范围。不考虑空气动力影响的弹道称为真空弹道；单纯考虑恒定重力的真空弹道为抛物线；同时考虑重力大小和方向变化及地球表面曲率影响的远程真空弹道则为椭圆曲线。在地球表面固连坐标系内研究远程弹箭的运动时，需要计及地球表面曲率和地球自转所引起的科里奥利力对射程和方向的影响。考虑空气动力影响的弹道称为空气弹道。由于空气动力矢量线一般不通过弹体质心，因而空气动力和力矩同时作用于弹体，这不仅产生了质心运动，而且具有围绕质心（简称绕心）运动。绕心运动对质心运动的影响，使弹箭质心运动轨迹变为一条复杂的空间螺线。它属于刚体弹道的研究内容。

准确地描绘弹箭的运动规律，有赖于空气动力和力矩的准确性及建立正确的力学模型。外形为面对称的弹体，在弹体坐标系内，可将空气动力分解为轴向力、法向力和横向力；空气动力矩分解为滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩。常规弹箭一般为轴对称的旋成体（如枪弹和线膛炮弹）或在旋成体后部装设尾翼（尾翼弹），其中直尾翼弹是面对称体，斜置翼或弧形翼弹既不轴对称，也不面对称。尾翼稳定弹尽管不是轴对称的旋成体，但因弹体绕弹体坐标系的横轴之转动惯量，随该横轴方位的不同而变化甚微；而且气动力和力矩亦相差甚微，即使弹轴相对于速度的夹角（章动角）较大时，由翼片随弹体滚转过程中所引起的周期性气动力和力矩还可单独计及，故一般尾翼弹通常仍作为轴对称体看待。

在外弹道学中，对轴对称的弹箭气动力及其系数的描述，更加突出了气动力各分量的作用性质和物理概念。空气动力分解为阻力、升力和马格努斯力，空气动力矩分解为静力矩、赤道阻尼力矩（横向摆动阻尼力矩）、尾翼导转力矩、滚转阻尼力矩及马格努斯力矩等。在弹箭控制飞行过程中，还要受到控制力和力矩作用。全面计及诸力和力矩作用下所建立的弹箭运动方程组，称为全力组外弹道模型。它是外弹道学研究的重要内容，也是研究其他内容的基础。弹箭飞行中必须具备足够的抗干扰能力，即解决弹箭飞行稳定性问题，需要根据一般稳定性理论建立刚性弹的线性和非线性飞行稳定性条件。对于大长径比（20以上）的柔性弹，以及装液弹的飞行稳定性，不能简单地采用刚性弹稳定性判据，必须重新建立飞行动力学模型，并进行稳定性分析。对于飞行试验中所出现的掉弹和近弹现象，除了可能的结构故障之外，便是稳定性所要解决的问题。各干扰因素所引起的弹箭扰动运动规律是不同的，需要逐一研究弹道误差形成的机制，以便寻求提高射击精度的途径。

外弹道学所研究的弹箭扰动运动是随机过程，其干扰源可分为系统性的和随机性的两大类，后者又分为随机变量和随机函数。对有些干扰源，如大气湍流形成的阵风作用机制及规律尚未弄清，这给研究随机扰动过程带来了困难。特别在有控飞行过程中的干扰一般是有色噪声，欲知它的统计特性，需要做大量的测试和统计分析工作。在某些特殊情况下，可直接求得在有色噪声作用下的弹箭运动统计特性；协方差分析描述函数法已在火箭导弹统计性能分析中得到应用。是外弹道学研究的重要内容之一。是射击准确度和射弹散布密集度的合成，是武器系统总体性能的重要战术技术指标之一。影响准确度的误差源有几何诸元误差（包括阵地、目标坐标及高程误差）、弹道准备误差、气象准备误差、计算方法误差、射表误差及技术准备误差等。影响射弹散布的误差源有弹体物理性能指标（质量、转动惯量等）和外形的差异，由诸多因素引起的初速差异、发射过程中形成的弹箭起始扰动、气象参量的随机变化等。其中，以起始扰动最为复杂，它是发射过程中弹箭运动的终端参数，即为自由飞行过程的初始条件。需在具体的膛内环境下，分析弹体的受力情况，研究弹炮间的相互作用。该项研究涉及弹箭有关结构和物理参数、发射装置特性、运载工具性能、气体动力学及自然条件（地面或水面支承条件、气象条件等）。根据具体情况，分析和选取特定情况下的主要影响因素，建立起描述弹炮运动相互耦合条件下多体系统动力学模型，求得所需要的解，并寻求适当的试验手段对模拟结果予以验证。是外弹道学最活跃的研究领域之一。小至简易制导，大至远程导弹和星际飞行，都需要研究导引规律并相应确定制导参数。

弹道式导弹制导的任务，在于通过控制火箭推力向量，以达到主动段推力终止条件，使关机点参数符合精确命中目标的要求。20世纪80年代以后所研制的以原发射平台（火炮、火箭炮）为基础的精确弹药，种类繁多，战术技术指标各异。为了大幅度地提高射击精度，广泛地采用了简易制导、弹道修正和末制导等不同的控制飞行措施。无控和有控弹道的有机结合，构成了外弹道学完整的理论体系。随着电子计算机的快速发展，外弹道优化理论亦相应地得到发展，广泛用于外弹道设计。与最优过程理论结合，不仅用于解决导弹最优拦截问题，在最优轨道转换、最优控制系统设计及最优弹道设计中，均得到广泛应用。这一理论一般属于过程优化问题，导引规律的确定及弹箭转速规律、推力程序的优选，亦属于此类范畴。外弹道优化理论与设计研究的另一类问题是参数优化。在型号总体论证与设计中，为满足战术技术指标的要求，常给予各有关参量以一定的范围（约束条件），然后根据某一个或多个指标（如射程、密集度等）的极大值或极小值，综合确定较合理的设计方案，即弹箭的弹道参数和有关的结构参数。外弹道优化设计是赋予弹箭良好性能的关键环节。外弹道理论水平的提高，除了依赖于相关学科的进展之外，还与弹道实验技术密切相关。外弹道实验中，大量采用了现代光测和电测技术，尤其是各种精密的高速摄影仪器、雷达和遥测设备。此外，随着大型、精密而昂贵武器的出现，如何以尽可能少的实验评估出弹道性能，也成为一个新的课题。弹道测试的主要目的在于获取有用的信息。从测试数据中提取所需要的信息，其数据处理过程称为弹道滤波。由观测数据对随机量进行定量的推断，就是估计问题。在现代战争的火力对抗中，利用跟踪雷达测得的弹道数据，可采用飞行状态估计或自适应估计的方法及时推断出敌方阵地，并对己方武器进行校射。飞行器系统辨识学已有新的进展，利用弹箭飞行试验和地面实验中的测量数据，通过建立其动力学系统的数学模型，可辨识出其中的待定参数。例如，利用自由飞行靶道测量数据提取的空气动力系数，就比风洞吹风所得到的结果更趋于实际。这种由测得的弹箭运动状态反求外力和力矩的理论和方法，称为外弹道学的逆问题。

外弹道学不仅用于武器弹道性能的评估和试验分析，也是火力运用的重要基础。弹道计算的任务之一是进行射表编制。要准确地确定特定武器弹药的射角、射程及其他弹道诸元间的对应关系，给出相应非标准条件下的射程（或飞行时间）的修正量，用实验或散布理论确定有关散布特征量，为准确有效地实施射击（或投放）提供依据。准确完善的射表或弹道数学模型，是设计制作瞄准装置、射击指挥仪或火控系统等的基础。高精度的火控外弹道模型及其他弹道修正模型，能实时进行弹道测试数据的优化处理，并快速解算弹道，给出相应的信息和指令，以便及时准确地对精确弹药实施弹道修正。地面指挥系统、武器火控系统及弹载计算机所用的外弹道解算软件，为确保武器有效射击起着关键性作用。外弹道模型的准确性直接依赖于气动力和力矩的精确程度。尤其某些精确弹药的射程达几百千米，属于大弹道问题，不仅需要在稠密大气层飞行中的准确气动数据，而且由于较长时间内处于高空无控飞行状态，必须获取可靠的高空气象条件，解决好稀薄气体动力学问题。现代战争要求实施远程精确打击，各类新型精确弹药，其弹道都包含着无控和有控的复杂飞行过程，需要建立统一的弹道理论和系统的分析方法，全面解决飞行稳定性问题，并进行弹道优化匹配，以使弹箭具有最佳的运动状态。