内弹道学作为一个独立学科的形成,应追溯到1740年英国数学家、军事工程师鲁宾斯利用弹道摆测得弹丸初速的历史时期。以初速为分界将整个弹道段分成膛内弹道学和膛外弹道学。
内弹道学的发展史不仅与数理基础科学和技术科学的发展密切相连,而且也与枪炮及其火药的发展密切相关。在武器弹药系统不断完善的过程中也逐渐地形成了内弹道学的理论体系。
早在18世纪末(约1793年),法国的数学家和力学家拉格朗日用流体力学的观点研究膛内射击现象,并提出了弹后空间燃气质量均匀分布的拉格朗日假设,系统地研究了弹后空间压力分布和平均压力、膛底压力及弹底压力之间的关系问题。
这些研究工作为经典内弹道学的发展奠定了基础。1864年.法国科学家雷萨尔应用热力学第一定律建立了内弹道能量方程。
1868-1875年,英国物理学家诺贝尔和化学家阿贝尔应用密闭爆发器的试验,确定火药燃气状态方程。
至此,应用这些理论建立起比较完善的经典内弹道学理论体系。在这一时期,相继出现了一些内弹道学论文和专著。
1901年,俄国的内弹道学家别令克写成了当时最完整的内弹道学教程,并被美、德等国译出。
1903年,特拉滋多夫在《火炮杂志》上发表了《内弹道学基本问题的精确解法》的学术论文。
1906年,法国弹道学家夏朋里发表了包括《内弹道方程》和《数值解法》的内弹道学论著。
而后苏歌脱对夏朋里所给出内弹道方程作了某些改进,并以《夏朋里——苏哥脱内弹道学》发表在1913年法国《炮兵杂志》上。
1926年,德国弹道学家克朗茨也出版了《内弹道学》一书。
在1911—1934年.格拉维完成包括《火药燃烧动力学》和《火药燃烧静力学》等四卷内弹道学专著,堪称内弹道学百科全书。
到了20世纪中叶.经典内弹道学的发展已经进入到相当成熟的时期,出版了一系列有影响的学术专著。
其中包括:1950年英国的化学家康纳完成的《火炮内弹道学》。
1951年亨特完成的《内弹道学》以及1962年苏联的内弹道学家谢列伯梁可夫完成的《身管武器和火药火箭内弹道学》。
这些专著涉及经典内弹道学中的各个研究领域,内容系统而详尽,特别是谢列伯梁可夫的《内弹道学》是一本极好的教科书。
1957年,苏联学者贝切赫钦出版了《内弹道气体动力学原理》一书.该书系统地讨论了履内气流问题,除对拉格朗日问题作了深入的研究外,还在该书中首次提出膛内两相流问题,并建立起内弹道均相流数学模型,对现代内弹道学理论进行了开创性的研究。
到20世纪70年代以后,现代内弹道学开始兴起。具有代表性的著作如:1973年,美国学者郭冠云等发表的《在密闭条件下多孔火药装药床中火焰阵面的传播》学术论文。
1979年,由克里尔和萨默菲尔德主编的《火炮内弹道学》,以及1979年高夫和习瓦斯发表的《非均匀两相反应流模拟》等学术论文和专著。
枪炮射击过程中的内弹道循环理论:
枪炮射击过程中的内弹道循环包括击发开始到弹丸射出膛口所经历的全部过程。击发是内弹道循环的开始。
通常利用机械方式(或用电、光)作用于底火(或火帽),使底火药着火,产生的火焰穿过底火盖而引燃火药床中的点火药,使点火药燃烧产生高温高压的燃气和灼热的固体微粒。
通过对流换热的方式,将靠近点火源的发射药首先点燃。
而后,点火药和发射药的混合燃气逐层地点燃整个火药床,这就是内弹道循环开始阶段的点火和传火过程。
点、传火过程是内弹道循环中最复杂的阶段。
当点火开始后,在膛内燃气中产生初始的压力梯度;随着火焰的传播,火药床不断被点燃,压力梯度也被不断地加强,形成一个由膛底向弹底的压力波阵面的传播过程。在压力波阵面的驱动下,一方面火药床被逐层地点燃,在火药床中形成一个火焰波的传递过程。
在另一方面,火药床又被逐层地挤压,在火药床中产生了颗粒间应力,形成的应力波以固相声速向弹底方向传播。
火焰波的传播使压力波不断地增强。压力波増强使颗粒间应力増大,由此发生部分火药颗粒的破碎,造成燃烧表面突然增加而加速火焰的传播,因而引起气体生成速率急剧增大。
这是膛内产生异常压力的重要原因,严重情况下可能产生灾难性的膛炸事故。
在完成点、传火过程之后,火药的进一步燃烧产生了大髭的高温高压燃气,推动弹丸运动。弹丸开始启动瞬间的压力称为启动压力。
弹丸启动后,当弹带或枪弹的圆柱部全部挤进时,即达到最大阻力,其相应的燃气压力则称为挤进压力。这个过程也称为挤进过程。
弹带全部挤入膛线后,阻力突然下降。
在这以后随着火药继续燃烧而不断补充高温燃气,并急速膨胀做功.从而使膛内产生了多种形式的运动。
弹丸除沿炮轴方向做直线运动外,还会沿着膛线做旋转运动;同时,正在燃烧的药粒和燃气,也随弹丸一起向前运动,而炮身则产生后坐运动。
所有这些运动既同时发生又相互影响,形成了复杂的射击现象。
膛内这些复杂现象相互制约和相互作用,形成了膛内燃气压力变化的特性。其中火药燃气生成速率和由于弹丸运动而形成的弹后空间増加的速率,是决定这种变化的两个主要因素。
前者的増加使压力上升,后者的増加使压力下降,而压力的变化又反过来影响火药的燃烧和弹丸的运动。在开始阶段,燃气生成速率的因素超过弹后空间增长的因素,压力曲线将不断上升。当这两种相反效应达到平衡时,膛内达到最大压力而后随弹丸速度不断増大,弹后空间増大的因素超过燃气生成速率的因素,膛内压力开始下降。
当火药全部燃完时,膛压曲线随弹丸运动速度的増加而不断下降,直至弹丸射岀膛口,之后则完成了整个内弹道循环。
