轻气发射装置内弹道模型及弹道性能分析(3)
(7)研究炸药的冲击引爆以及炸药的分解反应等等；
(8)研究地球深部的物理现象[6]。
但实验研究一般是在特定几何尺寸的炮上进行，参数的变化范围受到一定限制。因此，通过数值模拟，用计算机仿真手段再现二级轻气炮的内弹道过程，分析不同装填条件对发射性能的影响，这对二级轻气炮的设计和性能优化具有重要意义[6]。
1.2 研究概况
1.2.1 国外研究概况
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文的主要工作
二级轻气炮原理的出现得到了广泛的应用，现已经引起了国内外学者的高度重视，并在发射装置优化、性能优化、高速撞击、新型气体驱动、以及各种发射性能方面做了大量的研究，但是由于火炮弹丸初速受发射结构装置、装填结构以及轻气炮参量的影响与限制。所以每门轻气炮都有自己的一整套最佳的性能参数，通过实验来确定每一门轻气炮的性能参数显然是不切合实际的。故而如果能够通过数值模拟和性能分析，来确定和设计轻气炮则可以达到事半功倍的效果。现在二级轻气炮上已有很多的理论计算方法，国内外均有较多深入研究。
为了能够总结出装填参数和结构参数对发射性能的影响规律，本文主要开展了如下工作：对30mm/100mm二级轻气炮进行数学建模，并对其进行数值模拟。具体掌握二级轻气炮的工作原理、内弹道发射装置结构和发射过程，在一定的假设下，建立二级轻气炮的理论数学内弹道模型，并根据实际和理论得出轻气炮发射的起始条件和边界条件，同时根据药室燃烧和轻气室的内弹道方程，通过龙格-库塔法对其进行数值求解。在计算过程中，药室方程和轻气室方程需同时求解，并以此画出二级轻气炮的p-t、p-l、v-t、v-l曲线，以实现对二级轻气炮整个发射过程的数值模拟。对压力变化规律曲线和弹丸速度变化规律曲线进行参数改变的图形对比，从而总结出二级轻气炮参量对发射性能的影响。
2 二级轻气炮内弹道过程
影响弹丸初速vg的主要因素是炮膛截面积A、弹丸质量m及压力曲线下的积分面积I。随着炮膛的横截面积增大，弹丸的受力面积也增大，在其他条件不变的情况下，弹丸能获得更大的初速。压力曲线下的积分面积I则取决于弹丸的行程长x和弹底压力Pb两个因素，弹底压力压力越高，则作用在弹丸的压力就越大。弹丸在发射管内的运动距离越长，火药气体对弹丸膨胀做功的距离就越大，就能使火药气体的内能转化为弹丸的动能的效率更高，从而使弹丸初速得到大幅度提高。增大口径可以提高弹丸初速，但相应的火炮质量也很快增加，使火炮的机动性下降。减小弹丸的质量也势必会影响到弹丸的威力。增长身管也会受到火炮机动性等因素的限制。轻气炮自身的材料强度制约了火炮膛压的提高，因为高膛压会带来很强的炮口冲击波，从而影响安全使用性。
二级轻气炮的内弹道过程：火药燃烧产生高温高压燃气，达到活塞启动压力后推动活塞运动，活塞运动压缩轻质气体对气体做功，当轻气室内压力达到弹丸启动压力之后，轻气膨胀对弹丸做功，推动弹丸运动，直至弹丸出炮口。