第2章内弹道部分-part1内弹道系统简介

最大压力和初速是枪炮内弹道的两个最重要的弹道量。27
内弹道部分
§1 内弹道系统及内弹道发展简史
内弹道发展简史
内弹道学理论基础是在19世纪20～30年代开始建立。最先研 究的是意大利数学家拉格朗日，他确定出膛底压力与弹底压 力之间的近似关系；1664年，雷萨尔应用热力学第一定律建 立了内弹道能量方程；1866～1915年，英国物理学家、枪炮 专家诺布耳和英国化学家、爆炸专家艾贝尔根据密闭爆发器 的试验，确定出火药燃气的状态方程。
• 单基火药（single base power）又称硝化棉火药，主要成份为硝 化棉（硝化纤维）（NC），含NC为95%。
• 双基火药（double base power or nitroglycerine power）又称硝化 甘油火药（以两种主要成份为基础，其主要成份为硝化棉（NC） 和硝化甘油（NG）或其它活性硝酸酯（如硝化乙二醇： nitroglycol）。
19世纪末法国科学家维埃耶建立了几何燃烧定律的假设。在 此假设基础上采用了相应的火药形状函数来描述燃气生成规 律，并用实验方法确定出燃速函数。根据这些理论基础形成 了以几何燃烧定律和定常流假设为基础的内弹道学术体系。28
内弹道部分
§1 内弹道系统及内弹道发展简史
内弹道发展简史
20世纪20年代以后，膛内物质流动现象已成为基础理论 研究的主要对象，其基本内容就是应用气动力学原理来 描述内弹道过程，建立内弹道偏微分方程组的数学模型， 求解方程组即得到非定常流的弹道解。 20世纪70年代建立火药粒逐层燃烧条件下气固混合相的 模型。这种模型所给出的弹道解，基本上能够反映出膛 内气流速度及压力的分布规律，从而有可能为膛内激波 形成机理的研究，提供必要的理论依据。
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炮身
完成炮弹的装填和发射，并赋予弹丸 初速和方向的火炮主要部件。
承受火药气体压力，引导 弹丸运动。
身管
炮闩
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身管的分类 （1）按内膛结构分
线膛
滑膛
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（2）按身管结构分
单筒身管 活动身管
紧固身管（筒紧、丝紧、自紧、复合材料身管）
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火炮中针对降低爆温常采用措施： 护膛带：TiO2 除铜剂：铅丝
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内弹道部分
底火
弹壳
装药
弹头
壳底 退壳槽
壳壁
壳肩
壳颈 壳口
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内弹道部分
火药装药
膛内 燃烧
燃气
膨胀 做功
弹丸、未燃火药、燃气及 武器的运动
(化学潜能)
(热能)
(机械能)
身管武器发射过程中的能量转换
身管武器射击过程是能量释放和转换过程，具有以下特点： 高温─膛内火药燃气最高温度可达2500~3500K； 高压─膛内压力可高达245~600MPa； 高速─弹丸出炮口的速度可达300~1500m/s； 时间短─长身管火炮射击过程只有几毫秒至几十毫秒。
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内弹道部分
内弹道学的研究对象：四方面
有关点火药和火药的热化学性质，点火和火药 燃烧的机理及规律；有关枪炮膛内火药燃气 与固体药粒的混合流动现象，以及所产生的 压力波现象；有关弹带嵌进膛线的受力变形 现象，弹丸和枪炮身的运动现象；有关能量 转换、传递的热力学现象和火药燃气与膛壁 之间的热传导现象等。
其火焰、气体及固体灼热粒子进入药室，引燃点火药，
点火药燃烧的同时点燃火药装药。定容点火阶段
主要的火药装药燃烧后，产生的高温高压气体膨胀，推 动弹丸，弹带逐步嵌入膛线。由于弹带发生激烈的塑性 变形和摩擦，就产生了很大的阻力，弹带全宽进入弹带 后，阻力达到最大值。弹带阶段
弹丸启动后，一方面被火药燃气直线加速，一方面绕炮
的化学安定性；还有少量的残留溶剂存在于火药胶体中，称为内挥发
份；以及少量的残留水分，称为外挥发份。内外挥发份的总和称为总
挥发份。这种火药中所含的含能物质主要是硝化棉，故又简称为单基
药。
这类火药在制造过程中，为了易于排除药粒单体内的溶剂，火
药的厚度不能不受到一定的限制，因而一般应用于中小口径的武器。
此外，由于这类火药成品含有一定的挥发份并具有定的吸湿性，因此，
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内膛结构
药室部
导向部
坡膛
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膛线的结构：
膛线是指刻在枪管内壁上的螺旋形曲线，它可以使弹头在出膛以后象陀螺 一样旋转，而不容易翻转。膛线的设计制造对于枪支性能的影响非常巨大。膛线 的数量由两条导数十条不等，现代的步枪和手枪多采用四到六条膛线。膛线的形 状很多，通常采用矩形、梯形、梅花形等。
缠角与缠度 缠角：是指膛线上任意一点的切线与枪管轴线形成的夹角； 缠度：是指膛线旋转一周在枪管轴线上所需的投影距离。
药(燃烧时发烟，如黑色火药)和无烟火药两类。主要用作 引燃药或发射药。
火药又被称为黑火药。是在适当的外界能量作用下，
自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气
的物质。在军事上主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、
导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成
部分。
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内弹道部分
【火药的分类】
火炮在战争中的地位：
第二次世界大战中火炮被誉为“战争之神”。 现代战场上常规武器的火力骨干 。 未来战争仍不可替代。
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火炮工作状况及特点：
1）发射过程极短； 2）经历高温、高压、高速、高加速度过程； 3）高频率重复； 4）伴随发生许多特殊的物理化学现象； 5）使用时能适应严寒酷暑、风沙淋雨环境； 6）满足长期储存的要求； 7）工作可靠地，达到必要的工作寿命。
防御时用于构成密集的火力网，阻拦敌方从空中、 地面的进攻，对敌方的火力进行反压制；在国土防御 中用于驻守重要设施，进出通道及海防大门。
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火炮的地位特点：
1）构成地空配套、梯次衔接、点面结合的 火力网，没有火力盲区；
2）装备数量最大的基本武器； 3）机动性良好，火力转移灵活； 4）生存能力和抗干扰能力较强； 5）持续作战能力强； 6）经济性良好。
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• 硝化棉火药
这种火药是由含氮量较高(约为12．9％～13．3％)的硝化棉与
含氮量较低(约为11．9％～12．3％)的硝化棉混合成配方规定的含氮
量N％，再溶于乙醇和乙醚的混合溶剂中，使硝化棉胶化成塑性物，
经压制成形，再脱去溶剂而耕成。制成后的火药成分中，硝化棉约占
94％～98％，另含有少量的安定剂(二苯胺)以保持火药在长期存放中
在火药贮存期间，随着溶剂的挥发和所含水份的变化，对其内弹道性
能将产生一定的影响。为了保持其弹道性能稳定性，必须提供良好的
按火药成型工艺可分为：压制火药、铸造火药、混合 火药等。按火药的某些特点可分为易挥发性火药、难挥发 性火药。
最常用的是按火药按结构分为均质火药和异质火药， 因为结构不同，带来工艺性质、燃烧性质和物理力学性能 等均有显著差别。均质火药又分为：单基药、双基药、多 基药、改性双基药。双基药再分为柯达型双基药、巴列斯 太型双基药。异质火药又分为黑火药、复合火药等。 34
内弹道过程
内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内的火药燃烧、物 质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规 律的弹道学分支学科。
闩体 炮尾 底火 发射药
弹带
定心部
炮管体
击针 点火药 药筒
弹丸
膛线
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闩体 炮尾 底火 发射药
弹带 定心部
炮管 体
内弹道部分
击针 点火药 药筒
弹丸
膛线
击针撞击底火或电流点燃底火后，底火中的药剂爆燃，
1、火药的几何燃烧定律 2、火药的燃烧速度定律 3、火药气体状态方程
§3 弹丸在膛内的运动
1、膛内能量转换 2、弹带挤进膛线运动分析 3、弹丸运动方程 4、弹丸膛内火药燃气的运动
内弹道部分
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内弹道部分
§4 内弹道的解法与设计
1、内弹道方程组的建立 2、内弹道方程的解法 3 、内弹道设计方案的评价标准与设计步骤 4、装填条件对弹道的影响
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内弹道Байду номын сангаас分
内弹道学研究的目的和意义： 主要从理论和实验上对膛内的各种现象进行 研究和分析，揭示发射过程中所存在的各种 规律和影响规律的各有关因素；应用已知规 律提出合理的内弹道的方案，为武器的设计 和发展提供理论依据；有效地利用能源及探 索新的发射方式等。
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内弹道主要参量的 变化规律
内弹道部分
第二章 内弹道部分
内弹道部分 （Interior Ballistics）
§1 火炮系统及内弹道发展简史 §2 火药燃烧规律经典理论 §3 弹丸在膛内的运动 §4 内弹道的解法与设计 §5 短程内弹道
§1 火炮系统及内弹道发展简史
1、火炮系统 2、内弹道过程 3、内弹道发展简史
§2 火药燃烧规律经典理论
为什么以口径划分？
d
S m
d 2 P
d 3 Eg
d2 d3
后坐力 威力
结构
设计思想
5
现代的火炮：
火 炮
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火炮系统：
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火炮的作用：
现代火炮配置于地面、空中、水上的各种运载武 器平台上。
进攻时用于摧毁敌方的防御设施，杀伤有生力量， 毁伤装甲车辆和空中飞行物等运动目标，压制敌方的 火力，实施纵深火力支援，为后续部队开辟进攻通道。
火药是武器发射弹丸的能源，按用途可分为点火药、发 射药、固体推进剂。其中发射药又分为：枪用发射药、炮 用发射药、弹射座椅发射药等。固体推进剂又分为火箭用 固体推进剂、导弹用固体推进剂。
按火药燃烧时外部特征可分为有烟药与无烟药：按火 药燃烧时的表面积变化情况不同，可分为减面燃烧火药、 恒面燃烧火药、增面燃烧火药。
§5 短程内弹道
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内弹道部分
§1 内弹道系统及内弹道发展简史
火炮系统
声管---炮闩、药室、坡膛、膛线 火药---最常用的主要能源 弹丸---质量、外形、采用的稳定方式
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§1 内弹道系统及内弹道发展简史
火炮系统
火炮： 以发射药为能源，利用火药燃气 压力抛射弹丸等战斗部，口径等 于和大于20mm的身管射击武器。
• 硝基胍火药，三基药，由硝化二乙二纯、硝基胍和硝化棉组成。 特点：燃烧温度较低，可减小炮膛烧蚀。又称为冷火药。
• 高聚物复合火药（composite propellants）用于火箭的发射装药— —又称固体推进剂。其主要组份是以高分子化合物，金属粉 （铝粉）等为可燃剂，固体氯酸盐（如高氯酸铵）等为主要氧 化剂成份，还含有RDX或HMX。
电仪器。50年代以后，广泛使用了数据自动处理的测速和
测压仪器，测量炮身温度分布的热电偶，测量膛内弹丸位
移随时间变化的微波和激光干涉仪，以及测量膛口弹丸运
动姿态和流场变化的高速摄影仪等仪器。随着实验内弹道
学的进一步发展，必将使内弹道学理论日趋完善。
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计算内弹道学
计算内弹道学是在现代内弹道学、计算流体 力学与计算机科学的基础上发展起来的一门交叉学 科。包括内弹道数值计算所用到的计算方法、内弹 道的理论模型。根据内弹道循环过程中高温、高压、 高速、瞬态与剧烈化学反应的特点，建立物理模型 与数学模型；依据内弹道数学方程的性质，采用相 应的计算方法进行数值求解；针对不同类别的内弹 道问题，采取不同的内弹道模型与计算方法。
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§2 火药燃烧规律经典理论 火药及其物化标识量
内弹道部分
【火药简介】
• 中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。
• 火药是低爆速炸药的一类。可由火花、火焰等引起燃烧 的药剂。燃烧时发生大量的气体，具有爆破作用或推动作
用(使物体如弹丸以一定的速度发射出去)。最早应用的是
我国发明的黑色火药。根据燃烧时的性质，可分为有烟火
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内弹道发展简史
内弹道部分
实验内弹道学方面，最早的弹道测量是1740年英国数学家、 军事工程师罗宾斯应用弹道摆法测量弹丸的初速。
19世纪60年代，布朗日发明了落体测时仪，诺布耳用铜柱 测压法测量火炮的最大压力，并配合音叉测时法应用于密 闭爆发器，进行压力随时间变化的测量。
20世纪30年代以后，发展了测量膛内压力随时间变化的压
膛轴线旋转，直至炮口。在此期间，燃烧着的火药及火
药燃气随着弹丸一起向前运动，炮身则向后运动，并产
生炮口光、炮口焰、冲击波和噪声。
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内弹道部分
膛室
炮管
炮管螺纹
膛喉
炮膛
膛线
炮管示意图
在密闭的枪炮膛内，高温气体膨胀做功，推动弹丸向前 加速运动，火药燃气及部分未完全燃烧的火药粒也随着向前 运动。同时，作用于膛底的气体压力推动枪炮身向后运动。 在线膛武器中，弹丸在直线运动同时还作旋转运动。
缠角 tg＝dd 导程 h＝d
tg
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d t
膛线的结构：
阳线 阴线 膛线条数
ab
膛室
炮管
炮管螺纹
膛喉
炮膛
膛线
膛线与炮膛轴线的夹角 当膛线旋转一周时沿轴线方向前进的距离
πd ）α
ηd
缠角 tg＝dd
导程 h＝d 18
缠角 等齐膛线 渐速膛线 混合膛线
缠度
πd
α
L=ηd
tg
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内弹道部分
§1 火炮系统及内弹道发展简史