研究彈丸穿越槍炮膛口流場時的受力和運動規律,以及伴隨膛內火藥燃氣排空過程發生的各種現象的學科。是彈道學的一個分支。

  彈丸飛出槍炮膛口時,高溫、高壓的火藥燃氣被突然釋放,在膛口外急劇膨脹,超越並包圍彈丸,形成氣動力結構異常複雜的膛口流場,繼續對武器及彈丸產生後效作用。並且在膛口周圍還形成膛口衝擊波、雜訊及膛口焰,構成對周圍環境的危害。

  研究的主要內容容 可歸納為四個方面:①膛口流場的形成與發展機理:膛口流場是由多個沖擊波與射流組成的三維、非定常氣流區。在彈丸飛出前,膛口外已有瞭由於彈丸在膛內運動而推動空氣柱產生的球面初始沖擊波。彈丸出膛後,口部又形成瞭一個火藥燃氣射流,它具有形狀與尺寸比較規則的內激波系(圖1)。在射流與初始沖擊波之間,則是火藥燃氣推動空氣形成的第二個球面沖擊波,稱為膛口沖擊波。在射流邊界,未完全氧化的火藥燃氣與空氣混合後,可能再次重新燃燒而形成明亮的膛口焰。當武器裝有各種膛口裝置時,還將出現多個沖擊波與多個射流在空間嵌套、相交的更為復雜的波系(圖2)。對流場機理的研究是中間彈道學理論分析的基礎。②火藥燃氣對彈丸的後效作用:研究彈丸穿越膛口流場時獲得的增速和受到的擾動。火藥燃氣射流核心的最大速度通常超過2000米/秒,它以馬赫數(M)3~5的相對速度由彈尾方向作用於彈丸,使彈丸繼續加速。而且,對於已具有一定初始攻角(章動角)的彈丸還將產生翻轉力矩,使章動加劇,散佈增大。在有膛口裝置或氣流、尾翼不對稱時,這個影響更為嚴重。此項研究的目的是為瞭分析彈丸起始擾動產生的原因和影響因素,尋求控制和減小起始擾動的措施,較為準確地給定外彈道的初始條件,為提高射擊精度、合理地設計彈丸與膛口裝置結構提供理論依據。③火藥燃氣對武器的後效作用:研究後效期膛內參數的變化規律及火藥燃氣對身管、膛口裝置的反作用力。這對解決武器威力與機動性的矛盾有一定意義。④膛口氣流對周圍環境的影響:研究膛口沖擊波、噪聲、膛口焰等危害因素的作用規律與控制原理,為合理防護提供依據,以便最大限度地減輕其危害作用,進一步提高武器的性能。

圖1 膛口流場的火花陰影照片

圖2 帶膛口裝置流場的火花陰影照片

  研究的發展 20世紀60年代以來,隨著武器威力的不斷提高,射擊精度、膛口氣流對周圍環境的危害作用及武器威力與機動性的矛盾等問題日益突出;同時,氣體動力學、計算科學以及流場測量和顯示技術等的發展,為中間彈道學的研究提供瞭理論基礎和實驗手段,使其不斷擴展研究范圍並逐步形成瞭自己的學科體系。

  在中間彈道學的發展中,測量技術和數字模擬方法的研究占有重要地位。除已廣泛采用閃光、激光及 X光高速攝影和多點測壓系統外,在光譜與聲學測溫、激光測速與幹涉法流場顯示技術等方面均有較大進展,利用電子計算機進行二維非定常流數值計算已較成熟,可模擬包括彈丸及簡單膛口裝置在內的多介質流場,並朝著三維、真實流場的數字模擬發展。