彈道與射擊學理
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| U235 於 2002/08/03 20:12 | |
| 彈道與射擊學理 | |
有鑑鑒於中國的不斷軍演以“恫嚇臺灣”，故結合此資料以反制之；後序將出： “海岸防衛輕重兵器對海防護射擊要領”、“火砲對海上活動目標射擊要領”， 以作為強化本島(離島、外島)反登陸作戰之根基！ 射擊學理研究內容 合理運用武器，將彈丸、彈體(槍彈、砲彈、炸彈、飛彈等)，射向預定目標，以獲得最佳射擊效果的學科。廣泛應用於槍、炮、火箭彈、魚雷、炸彈、飛彈等武器的射擊。射擊學理包括射擊理論和射擊方法： 1.射擊理論：早期理論是以外彈道學和概率論為基礎，研究決定射擊諸元的方法及其誤差分析、判定射擊效果並指導提高射擊效果的途徑等；其後又發展出內彈道學、中間彈道學、終點彈道學、航空彈道學、飛彈彈道學、固體火箭發動機內彈道學等。 2.射擊方法：依據各種武器，以射擊理論為指導，結合敵情與任務現況及實際作戰經驗的需求，制定訓練、測驗、演習等而訂定；包括使用與一般保養、射擊準備與檢查、目標偵測、情報分析和實施射擊所應採取的指揮與作業方式、射擊方法、射擊手段、射擊規則、教範、準則和戰術操典等。 彈道學簡史 外彈道學－簡史 古代戰國時期成書的《周禮.夏官》及漢代增補的《周禮.考工記》中，均有關於保持射箭飛行穩定的詳細論述。是探討飛行穩定的最早記載。對於射程和射角的關係，在西漢時期也已有了一定的認識。但這些都只是初步的概括經驗。 1644年，法國麥爾森，提議把研究彈丸運動的科學命名為彈道學。 1687年，英國物理學家牛頓第一個提出了考慮空氣阻力的空氣彈道解法。 17世紀30年代，義大利物理學家伽利略才從嚴格的數學力學基礎上，導出了只考慮重力作用的真空彈道是一條拋物線。 1753年瑞士數學家歐拉在進行空氣阻力實驗研究的基礎上，提出了適用於彈丸速低於250公尺/秒的，近似彈道分析解法“尤(歐)拉解法”並得到了廣泛的應用。此外，在這期間還出現過多種其他的近似分析解法，如適用於解低伸彈道的“西亞切解法”至今還在應用。 18世紀以後，隨著大氣物理研究的進展，測量彈丸速度的彈道擺和落體測時儀的出現，為深入研究空氣阻力創造了條件。 19世紀中葉，用線膛炮發射長圓形彈丸成功後，許多國家競相研究彈丸的繞心運動，先後創立了旋轉理論和擺動理論，並逐步確定出判定彈丸飛行穩定性的準則。 20世紀20年代，出現了數值積分法(如：“差分法”、“龍格.庫塔法”等)，之後才得到了一個較為準確求解質點彈道的普遍方法。 20世紀以來，隨著外彈道測試儀器和測試方法的進步，特別是風洞測試技術和靶道技術的發展以及閃光照像，電子計算機技術，雷射、雷達、遙測技術，都卜勒測速裝置等應用於彈道測試後，對彈丸運動姿態和空氣動力的測量日趨精密完善和準確，逐漸形成了以線性理論為基礎的動態穩定性概念，建立了動態穩定性的判別準則。 50年代中期，發現了在大攻角條件下，作用於彈丸的空氣動力，存在著嚴重的非線性現象，從而促使對非線性穩定理論進行研究。隨著彈道測量技術的提高，新彈形氣動特性的探索與發射動力學研究的開展，非線性穩定理論、彈道設計優化理論以及彈丸流場的數值分析等理論研究的進一步深入，必將推動外彈道學的進一步發展和完善。 內彈道學－簡史 1740年，最早出現的彈道測量是英國數學家、軍事工程師羅賓斯，應用彈道擺法測量彈丸的初速。 1793年，義大利數學家拉格朗日最先是在，對膛內氣流現象作出氣流速度沿軸向按線性分佈的假設，從而確定出膛底壓力與彈底壓力之間的近似關系。 1864年，雷薩爾應用熱力學第一定律建立了內彈道能量方程。 1868－1875年英國物理學家、槍炮專家諾布耳和英國化學家、爆炸專家艾貝爾根據密閉爆發器的試驗，確定出火藥燃氣的狀態方程。 19世紀20－30年代內彈道學的理論基礎才開始建立。 19世紀60年代，布朗日，發明了落體測時儀，大大地提高了測量初速的精度，諾布耳用銅柱測壓法測量火炮的最大壓力，並配合音叉測時法應用於密閉爆發器進行壓力隨時間變化的測量。這兩種測量技術的發展，使內彈道學開始進入應用科學的領域，對整個武器的發展具有深遠的意義。但是應用銅柱法還不能準確和完整地測量膛內壓力變化的規律。 19世紀末法國科學家維埃耶總結前人研究，黑火藥燃燒的成果及無煙火藥的平行層燃燒現象，建立了幾何燃燒定律的假設。在此假設基礎上採用了相應的火藥形狀函數來描述燃氣生成規律，並用實驗方法確定出燃速函數。根據這些理論基礎已能建立用於進行彈道解的數學模型，從而在理論和實踐上，形成了以幾何燃燒定律和定常流假設為基礎的內彈道學術體系。在近一個世紀的實踐中，這種內彈道體系在武器的設計和彈道實踐中一直起著主要的指導作用。 20世紀20年代以後，隨著氣體動力學的發展，以及射彈向高初速方向發展的需要，膛內物質流動現象已成為基礎理論研究的主要對象，並逐漸形成了新的學術領域。其基本內容就是應用氣動力學原理來描述內彈道過程，建立內彈道偏微分方程組的數學模型，求解方程組即得到非定常流的彈道解。最早研究此問題的是英國地球物理學家洛夫和數學家皮達克。他們作出火藥瞬時燃燒的單一氣相假定,建立了最簡單的模型。以後雖然還出現過較複雜的模型，但是限於計算的困難，除了理論意義之外，還不能用於彈道實踐。 20世紀30年代以後，又發展了測量膛內壓力隨時間變化的壓電儀器；這種儀器的應用，使內彈道理論和相應的數學模型得到了客觀的檢驗。 50年代以後，隨著電子技術和計算技術的發展，廣泛使用了數據自動處理的測速和測壓儀器，測量炮身溫度分佈的熱電偶，測量膛內彈丸位移隨時間變化的微波和雷射干涉儀，以及測量膛口彈丸運動姿態和流場變化的高速攝影儀等儀器。在試驗方法方面也趨於應用綜合性多參數的彈道測量，以提供更多的數據。現代兩相流理論就是在多路壓力曲線測量條件下發展起來的。隨著實驗內彈道學的進一步發展，必將使內彈道學理論日趨完善。 70年代還出現了郭及高夫等人所建立的在火藥粒逐層燃燒條件下氣固混合相的模型。這種模型所給出的彈道解，基本上能夠反映出膛內氣流速度及壓力的分佈規律，從而有可能為膛內激波形成機理的研究，提供必要的理論依據。雖然這方面的彈道實踐，目前還處於積累經驗的階級，但就理論基礎而言，已經發展成為以非定常流為基礎的內彈道學術領域。它同以拉格朗日假設為基礎的傳統內彈道學有著很大的差別，但是在實用上兩者各有所長。 70年代末，中國學者發表《內彈道勢平衡理論》文章，提出了內彈道勢平衡的概念。 1984年，又進一步發表了《內彈道勢平衡理論及其應用》的論文，建立了應用實測膛內P t曲線研究實際燃氣生成規律及燃速規律的方法，以代替理想化的幾何燃燒定律模型。並相應地建立了較為準確簡便的彈道解法，從而比較系統地提供了一個新的研究途徑。在實驗內彈道學方面，由於內彈道過程具有高溫、高壓、高速及時間很短的特點，內彈道的測量技術也相應地有其特點，並已發展成為專門的領域。 終點彈道學－簡史 19世紀20年代以前，即有終點彈道學的研究，早期由於缺乏必要的實驗手段和理論基礎，主要採用實彈射擊的方式得出各種關於彈丸侵徹、爆破、殺傷的經驗公式及數據。 20世紀40年代初期至50年代後期，隨著彈塑性力學特別是塑性動力學、爆炸動力學的發展，大大促進了終點彈道學的理論分析研究。 60年代以後，隨著現代測試手段的不斷出現和完善，大型計算機的迅速發展，使終點彈道學的研究，從長期依靠實彈射擊，進入在可控條件下進行實驗和計算機數值模擬相結合的階段。它促使許多重要理論與實際問題的研究(如：材料在動態下的本構關係及破壞準則、力學與熱學的耦合、衝擊波的衰減、彈丸殼體的破碎機理、對複合裝甲的侵徹等)朝著縱深的領域進展。 彈道學(ballistics) 現狀及研究發展 彈道學研究各種彈丸或拋射體，從發射起點到終點的運動規律及伴隨發生的有關現象的學科。彈丸從起點到終點要經歷起動、推進、在空中運動、對目標作用等不同的過程，並在不同環境中有不同的運動規律，產生不同的現象。早期，由於彈道學的理論基礎“力學”正開始發展，彈道學僅局限於研究拋射體運動軌跡的力學範疇。隨著彈道測量技術及各基礎學科的發展，彈道學研究的內容逐步擴充，發展成為涉及固體力學、氣體動力學、空氣動力學、液體力學、彈塑性力學、化學熱力學、燃燒理論及爆炸力學等學術領域的綜合性學科，並相繼形成了不同的分支學科。 武器的發射方式： 1.由槍炮系統的發射方式，利用高溫的火藥燃氣在槍炮膛內膨脹作功，推動彈丸以一定的速度射出膛口。 2.由火箭系統的發射方式，利用火藥燃氣從火箭發動機的噴管流出時所產生的反作用力，推動戰鬥部連同發動機本身一起在空中飛行。 發射方式的不同，彈道學相應地分為： “槍炮彈道學”、“火箭彈道學”。 在槍炮的射擊過程中，彈丸的運動要經歷膛內階段、射出膛口後繼續受火藥燃氣作用的階段和在空氣阻力、地球引力與慣性力作用下的飛行階段。 因而槍炮彈道學也相應地劃分為： 內彈道學：研究膛內火藥燃燒、物質流動、彈丸運動和能量轉換等有關現象及其規律。 中間彈道學：研究彈丸穿越膛口流場時受力和運動規律，及伴隨膛內火藥燃氣排空過程發生的各種現象。 外彈道學：研究彈丸在空中飛行運動的現象及其規律。 火箭彈道學則根據火箭發動機內部所發生的現象和整個彈體在空中飛行的現象，分為： 1.火箭內彈道學(或稱火箭發動機原理)。 2.火箭外彈道學。 從學科性質來劃分： 內彈道學：槍炮內彈道學和火箭內彈道學基本上同屬一個學科。 外彈道學：槍炮外彈道學和火箭外彈道學則又同屬另一個學科。 在近代彈道學的發展過程中，對彈丸在目標區域的運動規律、目標的作用機理及威力效應的研究已形成了專門的學術領域，稱為終點彈道學。它同內彈道學、中間彈道學及外彈道學一起組成了彈道學的完整體系。此外，發射起點的點火現象和彈丸起動過程等問題的研究也日益得到重視，有可能從內彈道學分化出來，發展成為一個新的彈道學分支“起點彈道學”。各彈道學分支既有其相對獨立的研究內容和彈道規律，分支之間又相互聯繫，存在一系列因果關係，從而表明全部彈道的整體概念。 在現有彈道學體系的基礎上，還形成了一些新的分支，例如：隨著航太及水中發射系統的發展，形成了大氣外層的太空彈道學(或地球彈道學)和水中彈道學；隨著導彈的發展而有了導彈彈道學；還有專門研究彈丸及衝擊波對有機體殺傷作用的創傷彈道學等。此外，由於各彈道學科的研究對象和測量參數具有不同的特點，不僅要有專門的設施進行彈道試驗，而且還要研究專門的測量方法和測量儀器，因而又形成了實驗彈道學。 彈道學是武器設計和使用的理論基礎。研究彈道學的目的即在於應用全彈道的觀點在理論上和實踐上指導武器的設計、使用和改進，使武器在最優化條件下達到預期的射程、射擊精度和戰術效果，並保證重複射擊性能的一致性。這種指導作用，說明瞭彈道學在研究發射武器的各有關學科中佔有重要的地位。 內彈道學 研究發射過程中槍炮膛內及火箭發動機內的火藥燃燒、物質流動、能量轉換、彈體運動和其他有關現象及其規律的學科。是彈道學的一個分支。槍炮和火箭的發射過程都是從點火開始，通過機械擊發、電熱或其他方式將點火藥點燃，所產生的高溫氣體及灼熱粒子再點燃火藥裝藥，迅即擴展到整個裝藥表面並同時沿著藥粒厚度向內層燃燒，不斷產生高溫氣體。 在密閉的槍炮膛內，高溫氣體直接膨脹做功，推動彈丸向前加速運動，火藥燃氣及部分未完全燃燒的火藥粒也隨著向前運動。同時，作用於膛底的氣體壓力推動槍炮身向後運動。在線膛武器中，彈丸在直線運動的同時還作旋轉運動。因此，能量在槍炮膛內的變化過程，實際上就是火藥燃氣的部分內能轉化為彈丸、槍炮身以及隨彈丸運動的藥粒、火藥燃氣等的動能的過程。 在火箭發動機內，火藥裝藥的燃速比槍炮膛內要低得多，它所生成的高溫氣體經過噴管膨脹作用產生高速氣流，利用氣流向外排出時產生的反作用力推動彈體運動。 這兩種發射過程代表了兩種典型的發射方式，以這兩種典型為基礎，還可以演變為其他複雜類型的發射方式。例如：無後坐力炮的發射過程就是屬於這兩種典型相結合的發射方式。 研究對象 內彈道學的研究對象，歸納起來主要有四個方面： 1.有關點火藥和火藥的熱化學性質，點火和火藥燃燒的機理及規律。 2.有關槍炮膛內火藥燃氣與固體藥粒的混合流動現象，火箭發動機內的氣流現象及氣流對火藥燃燒的影響。 3.有關彈帶嵌進膛線的受力變形現象，彈丸和槍炮身的運動現象。(光膛、膛線右旋、膛線左旋) 4.有關能量轉換、傳遞的熱力學現象和火藥燃氣與膛壁或發動機之間的熱傳導現象等。 內彈道學研究的主要內容和基本任務，是從理論和實驗上對膛內的各種現象進行研究和分析，揭示發射過程中所存在的各種規律和影響規律的各有關因素；應用已知規律提出合理的內彈道的方案，為武器的設計和發展提供理論依據；有效地利用能源及探索新的發射方式等。 內彈道基本規律和內彈道解法 以上各種現象既是同時連續發生又相互影響，其間的關系是通過火藥燃氣的溫度、壓力及彈丸速度等各種量的變化規律來表達的。因此，研究並掌握這些規律就成為內彈道學的一個基本問題。通常是根據對各主要現象的物理實質的認識，分別建立描述過程變化的質量、動量、能量守恆方程及氣體狀態方程，再結合槍炮或火箭發動機的特點，將各相應的方程組成內彈道方程組，對方程組求解的數學過程即稱為內彈道解法。它可以根據給定發射武器的結構數據及裝填條件，解出壓力和速度的變化規律，為武器的改進提供依據。例如對火炮內彈道方程組求解，可以直接給出隨彈丸行程及時間變化的壓力曲線和速度曲線。曲線所表示的變化規律即反映了火炮內彈道的特點。 圖1(2)：炮膛內的P-l，V-l曲線、炮膛內的P-t，V-t曲線；中的P、V、l、t分別為炮膛壓力、彈丸速度、彈丸行程和彈丸運動時間；下標m、b、g分別表示最大壓力點、火藥燃燒結束點及炮口點：P 0表示彈丸的彈帶全部擠進膛線開始運動時的膛內壓力，稱為擠進壓力。壓力曲線的變化規律表明，炮膛內存在著兩個作用相反的效應：火藥燃燒生成氣體使壓力增長；彈丸向前運動時，彈後的空間增大又使壓力下降。因此，曲線的壓力上昇段即表示前者的效應超過後者，而壓力下降段則正好相反。當兩種效應達到瞬態平衡時即為最大壓力pm。在整個過程中，壓力雖然不斷在變化，但彈丸則一直受壓力的作用而不斷加速，從而給出不斷上昇的速度曲線。彈丸飛出炮口瞬間的速度V g稱為炮口速度，用實驗方法測算的炮口速度則稱為初速：V o。最大壓力和初速是火炮內彈道的兩個重要彈道量，它們是火炮性能和彈藥檢驗的主要標誌量。火箭內彈道方程組的彈道解僅是隨時間變化的壓力曲線。 圖3：火箭發動機內的P- t曲線。壓力曲線的變化規律表明：火箭發動機的工作過程也存在火藥燃氣生成和氣體經過噴管流出這兩種作用相反的效應。前者使壓力增長，後者使壓力下降。兩者之間有相互制約和自動調節的作用，能夠使兩種效應保持平衡狀態。在穩定情況下,基本上可以保持壓力不變，稱為平衡壓力。平衡壓力是反映火箭內彈道特徵和火箭性能的重要標誌量。 內彈道規律的應用－內彈道設計 利用所掌握的內彈道規律，改進現有的發射武器和設計出新型的發射武器，這就是內彈道設計。它也是以內彈道方程組為基礎。例如：根據戰術技術要求所給定的火炮口徑及外彈道設計所給出的初速、彈重等主要起始數據，解出合適的炮膛結構數據、裝填條件以及相應的壓力和速度變化規律。在內彈道設計方案確定之後，方案的數據就是進一步進行炮身、炮架、藥筒、彈丸、引信及發動機等部件設計的基本依據。因此，發射武器的性能在很大程度上決定於內彈道設計方案的優化程度。 為了選擇最優化的設計方案，內彈道學根據所研究過程的特點，採用如下的彈道指標作為評定武器彈道性能的主要標準： 1.最大壓力：炮膛和發動機所承受的最大壓力，是炮身、彈丸、藥筒、引信及發動機等部件強度設計的主要依據。為了減輕部件的重量，在能保證發射武器滿足所要求的射程及威力的條件下，這個指標應儘可能地降低。 2.示壓系數(炮膛工作容積利用系數)：火藥燃氣在炮膛內膨脹做功，使彈丸、炮身及火藥燃氣獲得動能的過程表明，壓力隨行程變化的曲線，不僅反映壓力變化的規律，曲線下面的面積還反映出彈丸獲得動能的變化規律，一定的炮口動能與一定的曲線總面積相對應。因此，進行內彈道設計時，在給定最大壓力指標的條件下，為了達到設計要求的炮口動能或曲線總面積，可以從不同的壓力變化規律以及不同的彈丸全行程長度進行選擇。 圖4最大壓力和彈丸炮口動能都相同時的P- l曲線。在最大壓力P m和曲線總面積都相同的條件下，彈丸全行程長l g與壓力曲線下降的平緩程度有關。為了表示曲線的這種特點，常採用曲線積分面積的平均壓力P－與最大壓力P m的比值(即示壓系數)作為評定指標。這個比值愈大，則曲線下降愈平緩，所設計的炮管將愈短，有利於火炮機動性能的提高。現有火炮的示壓系數一般在0 5─0.75之間。 3.彈道效率：根據炮膛內能量轉換過程的特點，火炮內彈道學採用火藥燃氣總內能轉換為炮口動能的百分比，作為評定能量利用效率的指標，稱為彈道效率。為了充分利用火藥能量，這個指標應儘可能地提高。現有火炮的彈道效率一般在20－30%之間。 4.比衝量(有效排氣速度)：根據火箭發動機的作用原理，發動機內生成的火藥燃氣，經過噴管的膨脹作用轉化為高速氣流，也就是將火藥燃氣的熱函轉化為氣體本身的動能。火箭內彈道學根據這個特點，採用單位裝藥量所產生的衝量(即比衝量)，作為評定能量利用效率的指標。為了充分利用火藥能量，這個指標也應儘可能地提高。現有火藥裝藥火箭所採用的比衝量，一般為2,200－2,500牛頓.秒/公斤。 內彈道設計方案從選擇到具體實現，除了以上各主要指標外，還要考慮其他一系列的要求。例如：減少對炮膛及火箭噴管的燒蝕作用以提高壽命；保證彈道性能的穩定性及射擊精度；避免膛內激波的形成;減少炮口焰、炮尾焰和炮口噪音等有害現象以及武器應用的高低溫度範圍等。根據武器的具體情況，這些指標和要求在不同程度上已成為評定武器性能的重要標準，同時也是內彈道學研究工作經常要解決的課題。 能源利用的研究和現狀 能源是實現內彈道過程的主要物質基礎，如何選擇合適的能源，有效地控制能量釋放規律，合理地應用釋放的能量以達到預期的彈道效果，一直是內彈道學研究的一個主要問題。 火藥是最常用的主要能源。早在無煙藥開始應用時，對於成形藥粒的燃燒，就採用了全面著火、平行層燃燒的假設，並以單一藥粒的燃燒規律代表整個裝藥的燃燒規律，稱為幾何燃燒定律。它是內彈道學的一個重要理論基礎。長期以來，應用這個定律指導改進火藥的燃燒條件，控制壓力變化規律，以達到提高初速和改善彈道性能的目的。 廣泛應用的方法有兩種： 1.採用燃燒過程中燃燒面不斷增加的火藥，如七孔、十四孔、十九孔等多孔火藥。 2.採用燃燒速度不斷增加的鈍化火藥。 由於這兩種方法受到現有火藥的性能和工藝條件的限制，再進一步發展已較困難。因此，又開展了包覆火藥，鑲嵌金屬絲及塗層金屬火藥，成型組合裝藥，以及隨行裝藥等方法的研究，並取得了初步的成果。20世紀70年代以來,對利用液體燃料作為火炮能源的可能性進行了探索性研究，也取得了一定的進展。 中間彈道學 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。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、噪聲及膛口焰，構成對周圍環境的危害。 研究的主要內容 可歸納為四個方面： 1.膛口流場的形成與發展機理：膛口流場是由多個衝擊波與射流組成的三維、非定常氣流區。在彈丸飛出前，膛口外已有了由於彈丸在膛內運動而推動空氣柱產生的球面初始衝擊波。彈丸出膛後，口部又形成了一個火藥燃氣射流，它具有形狀與呎吋比較規則的內激波系。在射流與初始衝擊波之間，則是火藥燃氣推動空氣形成的第二個球面衝擊波，稱為膛口衝擊波。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，還將出現多個衝擊波與多個射流在空間嵌套，相交的更為複雜的波系。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2,000m/s，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，影響更為嚴重。此項研究的目的是為了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：研究膛口衝擊波、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。 研究的發展 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了理論基礎和實驗手段，使其不斷擴展研究範圍並逐步形成了自己的學科體系。在中間彈道學的發展中，測量技術和數字模擬方法的研究佔有重要地位。已廣泛採用閃光、雷射及X光高速攝影和多點測壓系統外，在光譜與聲學測溫、雷射測速與干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。 | |
NO:634_1
| U235 於 2002/08/03 20:13 | |
| Re:彈道與射擊學理 | |
外彈道學(exterior ballistics) 研究彈丸或拋射體在空中的運動規律及有關現象的學科。是彈道學的一個分支。槍彈、炮彈，火箭彈和航空炸彈等在空中飛行時，由於受空氣阻力、地球引力和慣性力的作用，不斷改變其運動速度、方向和飛行姿態。火箭彈在其發動機工作期間，還將受到推力和推力矩的作用。不同的氣象條件也將對彈丸的運動產生影響。通常可以將彈丸的運動分解為質心運動和圍繞質心運動(繞心運動)兩部分，分別由動量定律和動量矩定律描述。外彈道學的研究內容主要包括：彈丸或拋射體在飛行中的受力狀況，彈丸質心運動、繞心運動的規律及其影響因素，外彈道規律的實際應用等。它涉及理論力學、空氣動力學、大氣物理和地球物理等基礎學科領域，在武器彈藥的研究、設計、試驗和使用上佔有重要的地位。 作用於彈丸的力和力矩 主要是地球的作用力和空氣動力。地球的作用力，可以歸結為重力與科氏慣性力(Coriolis force)。重力通常可以看作是垂直向下的常量。當不考慮空氣阻力時，彈丸的飛行軌跡(真空彈道)為拋物線。對於遠程彈丸則要考慮重力大小、方向的改變和地球表面曲率的影響，其軌跡為橢圓曲線。科氏慣性力還對遠程彈丸的射程和方向有一定影響。 作用於彈丸的空氣動力與空氣的性質(溫度、壓力、黏性等)、彈丸的特性(形狀、大小等)、飛行姿態以及彈丸與空氣相對速度的大小等有關。當彈丸飛行速度向量V與彈軸的夾角δ(稱為攻角或章動角)為零時，空氣對彈丸的總阻力R的方向與V相反，它使彈丸減速，稱為迎面阻力。當攻角不為零時，R可分解為與V方向相反的迎面阻力Rx和與V垂直的升力Ry，後者使彈丸向升力方向偏移。由於總阻力的作用點(稱為阻心或壓心)與彈丸的質心並非恰好重合，因而形成了一個靜力矩Mz。它使旋轉彈丸的攻角增大而使尾翼彈丸的攻角減少，因而分別稱為翻轉力矩和穩定力矩。當彈軸有擺動角速度時，彈丸周圍的空氣將產生阻滯其擺動的赤道阻尼力矩Mzch當彈丸有繞軸的自轉角速度時，將形成阻滯其自轉的極阻尼力矩Mxj。如自轉時有攻角存在，還將形成一個與攻角平面垂直的側向力和力矩，稱為馬格納斯力(Magnus force)Rxm和馬格納斯力矩Mym。這些力和力矩。 圖5a.b.作用於彈丸上的空氣動力和力矩所示。在諸空氣動力中，迎面阻力、升力和靜力矩對彈丸運動影響較大，它們的表達式如下： Rx＝(PV2/2)SCx，Ry＝(PV2/2)SCy，Mz＝(PV2/2)SLmz 式中的Cx、Cy、mz分別為阻力係數、升力係數和靜力矩係數。 它們均為馬赫數M和攻角δ的函數；S、l、ρ分別為彈丸橫截面積、彈長和空氣密度。 此外，隨時間、地點和高度的不同而變化的氣象因素(如氣溫、氣壓和風等)，將直接影響空氣的密度和彈丸與空氣的相對速度，使空氣動力發生變化。通常氣溫高、氣壓低或順風均使射程增大，反之則減小。橫風將使彈丸側偏。但火箭彈道的主動段，由於有推力存在，風的影響規律比較複雜，與槍炮彈丸的彈道不同。 要準確地描述彈丸運動的規律，有賴於對上述空氣動力的準確測量，測量的方法通常有風洞法和射擊法兩類，後者已發展成為實驗外彈道學的主要內容。 彈丸的質心運動 在攻角為零、標準氣象條件和其他一些基本假設下，彈丸質心運動的軌跡將是一條平面曲線(理想彈道)。它由初速V 0、射角θ0和彈道係數c(炸彈彈道還有投彈高度H )完全確定。 彈道係數c是反映彈丸受空氣阻力影響大小的重要參量，c＝id 2×103/G，式中d、G分別為彈徑和彈重；i＝cx(M)/cxon(M)稱為彈形係數，它是當攻角為零時彈丸阻力係數cx與某標準彈阻力係數cxon之比；M為馬赫數(彈丸速度與音速之比)。彈道係數越小，對減小阻力、增大射程越有利。在同樣的初速和射角條件下，彈道係數與射程的關係如 圖6彈道係數與射程的關係圖6彈道係數與射程的關係。通常採用減小彈形係數、增加彈丸的長細比和選用高比重材料等方法來減小彈道係數。例如棗核彈，由於改善了彈頭、彈尾的形狀，減小了空氣阻力，使彈形係數減小到0.7左右；底部排氣彈由於採用了底部排氣技術，提高了彈底壓力，使彈形係數進一步減小到0.5左右；某些次口徑穿甲彈，由於提高了初速、增大了長細比或採用鎢、鈾等高比重材料，不僅增大了射程，還提高了落速和穿甲能力。 研究質心運動規律的目的，在於準確地獲得彈道上任意點的坐標、速度、彈道傾角和飛行時間等彈道諸元以及在非標準條件下的射擊修正量。由初速､射角和彈道係數(炸彈還有投彈高度)等參量可以編制外彈道表﹐用以直接查取或求得頂點、落點乃至任意點的彈道諸元和有關的修正係數。 火箭外彈道可分為有推力作用的主動段和無推力作用的被動段。被動段彈道與槍炮彈丸的彈道相同。在主動段內，火箭彈在發動機的推力作用下不斷加速飛行，到主動段末，其速度達最大值Vk。Vk的大小主要取決於火箭推進劑的性能，推進劑重量W與火箭彈的起始重量G 0的比值W /G0和彈形等。 彈丸的繞心運動 彈丸在作質心運動的同時作繞心運動。當攻角不大時，繞心運動可用線性理論來描述。起始擾動引起攻角的大小呈周期性變化。攻角平面在空中繞速度向量旋轉，與攻角相應的升力向量也將在空中旋轉，使彈丸質心運動的軌跡成為一條空中螺旋線。螺旋線的軸線向一方偏離形成平均偏角，它的大小和相應主要與隨機變化的起始擾動有關。這是造成跳角及其散佈，特別是低伸彈道高低和方向散佈的重要原因。由重力引起的非周期性變化的攻角稱為動力平衡角。它對於右(左)旋彈丸主要偏向彈道右(左)方，與其相應的升力產生使彈丸向右(左)側運動的偏流。此外，由於彈丸攻角大小的變化，還將引起迎面阻力的增大和變化，使射程減小並產生散佈。對於尾翼穩定彈丸繞心運動對質心運動的影響，除了不形成偏流外，其他與旋轉彈丸相似。 圖7螺線彈道、偏流與散佈示意圖。 由繞心運動的規律可以確定彈丸的飛行穩定性，即保證彈丸在飛行全過程中攻角始終減小或不超過某一最大限度。這是保證彈丸具有良好射擊精度的必要條件。彈丸的飛行穩定性取決於它的運動參量、氣動力參量和結構參量。尾翼穩定彈丸利用其尾翼作用使阻心移到質心後面，形成穩定力矩使攻角不致增大，稱為靜態穩定彈。 一般阻心與質心間的距離達到全彈長的10－15％時，就能保證良好的靜態穩定性。旋轉彈丸不具有靜態穩定性，但當其旋轉速度不低於某個最低值時，就可以依靠陀螺效應使彈軸圍繞某個平均位置旋轉與擺動，不致因翻轉力矩的作用而翻轉，即具有陀螺穩定性。在重力作用下彈道是逐漸向下彎曲的，如果彈軸不能追隨彈道切線以同樣的角速度向下轉動，勢必形成攻角增大甚至彈底著地。旋轉彈丸由於有動力平衡角存在，與其相應的翻轉力矩將迫使彈軸追隨彈道切線向下轉動，因而具有追隨穩定性。為了保證攻角始終較小，動力平衡角也不能過大。如果彈丸旋轉速度太高，其陀螺定向性過強，就可能造成動力平衡角過大，因此又必須限制轉速不超過某一個最高值。由保證陀螺穩定的最低轉速和保證追隨穩定的最高轉速，可以確定相應的膛線纏度η(以口徑d的倍數表示膛線旋轉一周時的前進距離)的上下限。通常槍炮的膛線纏度均在其上限的0.70－0.85範圍內選取。 圖8旋轉彈丸的飛行穩定性示意圖。膛線纏度η主要由彈丸的結構參量、阻心位置和翻轉力矩係數來確定。靜態穩定的尾翼彈丸同時具有追隨穩定性。此外，具有靜態穩定的尾翼彈丸或具有陀螺穩定和追隨穩定的旋轉彈丸，其彈軸擺動雖是周期性的，但擺動的幅值可能因條件不同而逐漸衰減或逐漸增大。為了保證彈丸的飛行穩定性，還必須要求擺動幅值始終衰減，即要求彈丸具有動態穩定性。動態穩定性與其升力、靜力矩、赤道阻尼力矩、極阻尼力矩和馬格納斯力矩等有關。 從質心運動和繞心運動的有關規律，可以分析估算射彈散佈的大小。引起散佈的因素很多，不僅與起始擾動、陣風等隨機因素有關，而且與彈道參量、彈炮結構參量以及它們的變化範圍等有關。火箭彈的散佈比一般炮彈大得多。這是因為：在火箭彈道的主動段，發動機的推力使火箭彈加速飛行，當有攻角存在時還有一個比升力數值大得多的推力法向分量，它將產生出一個很大的側向加速度。同時，火箭彈離開導軌(定向器)時的速度較小，易受陣風和其他因素的干擾，其中推力偏心是影響無旋尾翼火箭彈散佈的主要因素。為了減小散佈，通常採用低速旋轉以減小推力偏心和其他非對稱因素造成的影響，採用助推器增大火箭彈初速以提高其抗干擾能力。火箭增程彈的彈道比一般火箭彈還多一個與發動機延期點火相應的起始段。選擇最佳點火距離並合理地控制點火的時間散佈，可以獲得較大射程並減小散佈。 外彈道規律的應用 1.外彈道設計、計算：根據武器彈藥的戰術技術要求，應用空氣動力學、現代優化理論和計算技術對相應的外彈道方程組進行彈道計算，以尋求最有利的運動條件並確定出彈重、彈徑、初速和彈形結構等的合理值。綜合應用飛行穩定性和散佈理論，提供滿足射程、射擊精度要求和減小散佈的有利條件，尋求最優化的總體設計方案。它為武器、彈藥、引信等的設計、研究、試驗、使用提供依據。 2.編制射表與提供彈道數學模型： 根據外彈道理論結合射擊(或投放)試驗，準確地列出特定武器的射角、射程及其他彈道諸元間的對應關係；應用修正理論給出相應彈道諸元在非標準條件下的修正量；用實驗和散佈理論確定出有關的散佈特徵量，為準確有效地實施射擊(或投放)提供依據(射擊學)。準確完善的射表或簡單可靠的彈道數學模型是設計製作瞄準具、射擊指揮儀或武器火控系統等的基礎。 終點彈道學(terminal ballistics) 研究彈丸或彈頭(戰鬥部)榴彈破片著靶和入靶過程中彈或在目標區域的運動規律、靶的變形和彈丸的運動規律、對目標的作用機理及威力效應的學科。是彈道學組成部分的一個分支。 從力學效應的角度看，終點彈道效應有兩類： 1.高速彈丸或破片、聚能射流等，對靶的穿甲和破甲效應。 2.炸藥爆炸在空氣中產生的衝擊波(即激波)或彈丸撞擊靶後在靶內引起的衝擊波，對靶的破壞效應。 它涉及連續介質力學、爆炸動力學、衝擊動力學、彈塑性理論等學科領域。各種目標的毀傷標準也屬於本學科的研究範疇。終點彈道學的研究成果主要用於彈藥威力設計，並為目標的防護設計提供依據。 不同彈種有不同的終點彈道效應，主要有： 1.動能穿甲彈的穿甲效應。 2.聚能破甲彈的破甲效應，包括聚能射流的形成及其對靶的破甲效應。 3.碎甲彈的碎甲效應；彈丸和榴彈破片的殺傷破壞效應。 4.爆破彈的衝擊波破壞效應等，和兩種效應統稱為侵徹效應。 終點彈道學主要為彈丸和戰鬥部的威力設計服務，也為裝甲防護、防禦工事和引信等的設計服務。 彈丸或戰鬥部可以通過機械、熱、化學、生物、核等效應毀傷目標。爆炸與衝擊是最基本的作用方式。普通炸藥爆炸後，在炸點形成高溫(3000－5000開)、高壓(1－2萬兆帕)和急劇膨脹的爆轟產物，可以直接毀傷目標，也可將能量賦予如空氣介質、破片、金屬流等中間載體，通過中間載體的衝擊或侵徹等作用毀傷目標。某些動能彈丸則利用高速撞擊的動能直接擊毀目標。 穿甲效應作用 動能穿甲彈是一種侵徹效應。穿甲彈通常以500－1800公尺/秒的高速度撞擊裝甲目標時，會產生很高的壓力，可以發生擊穿、嵌入或跳飛等運動形式。榴彈穿入土壤、磚石和混凝土工事也是一種侵徹效應。穿甲彈的破壞對象主要是活動的戰車、裝甲車輛和艦艇。使目標和彈體同時發生變形，造成破壞，彈體擠壓目標材料形成彈孔或貫穿目標。彈丸本身可保持完整、有限塑性變形或完全破壞。通常採用簡單的經驗或半經驗公式估算極限穿透速度、剩餘速度等。所有這侵徹過程和破壞效果決定於彈丸的材料力學性質、結構、彈頭形狀、著速(撞擊的速度)、著角、傾角、目標裝甲的材料力學性質和結構等有關。針對不同的穿甲條件建立相應的分析模型，如對薄板裝甲有能量及動量等分析模型；對中厚裝甲則根據經驗對阻力、裝甲破壞形式等作出某些簡化假定進行分析。因裝甲厚度及其機械性質的不同，裝甲的穿孔貫穿形式一般分為衝塞式、開花式、延性擴孔式、破碎式和崩落式等破壞形式。穿孔孔徑一般稍大於彈徑。 二十年來，戰車裝甲的防護能力大有改善，裝甲增厚，前裝甲的坡度變小，促使穿甲彈的結構發生重大的改革，出現新的桿式脫殼穿甲彈，速度從1,000公尺/秒以下增至1,700千公尺/秒以上；長徑比從4以下增至15以上；採用鎢、鈾等高密度的彈體材料代替合金鋼。由於長徑比增大和彈速增大，增加了轉動慣量，從而減少了侵徹時間，彈體就更容易鑽進小坡度靶面的裝甲內部而不易發生跳彈；加上彈體材料的密度增大，就使單位截面靶面所接受的彈體動能顯著增加，導致撞擊壓力成倍增長，從而大大提高穿甲效果，穿甲深度可達一般穿甲彈的17倍以上。近年採用流體彈塑性體模型，發展出一種數值模擬方法，對穿甲過程有了更深刻的認識。現在戰車裝甲廣泛採用複合裝甲和間隙裝甲，抗彈能力顯著增大，給終點彈道學提出新的課題。 聚能破甲效應作用 破甲彈爆炸後形成的高速射流同裝甲目標作用的效果。按照彈道學的觀點，破甲作用涉及全彈道學的內容。利用成型爆炸裝藥的聚能效應及閉合金屬藥型罩形成的高速金屬射流，穿透裝甲目標。炸藥從底部起爆時，爆轟波從罩頂沿罩面掃過，被掃過的罩微元順次以很高的變形速度向中心壓垮並在軸線處閉合。罩內層金屬被擠成金屬流，外層金屬則形成“杵體”。射流的形成示意如 圖9射流形成示意圖。圖中：a為成型裝藥原形，1－4表示罩微元的編號；b表示爆轟波陣面到達微元2的末端，此時2開始向軸線運動，3正在軸線處閉合，4已碰撞完畢並分成射流和杵體兩部分；c表示射流和杵體全部形成。整個金屬流具有較大的速度梯度，即頭部速度高(達8,000公尺/秒以上)，尾部速度低。金屬流在運動中不斷被拉長，最後產生縮頸並斷裂成小段，成為不連續射流，當金屬流碰擊裝甲時，在碰擊點處可產生十萬兆帕以上的局部壓力，使裝甲材料呈流體性態。在侵徹過程中射流不斷消耗，後續射流速度越來越低，碰擊點壓力下降，破甲能力迅速減少直至終止。 從彈體裝藥的起爆、爆轟、藥型罩的加速，直到射流的形成，屬於內彈道學問題；射流在空氣中的運動和斷裂，屬於外彈道學問題；射流同裝甲目標的作用過程則屬於終點彈道學問題。射流性態特殊，在理論上可按流體處理，從頭部至尾部，速度逐漸衰減，頭部速度高達76,000－9,000公尺/秒以上，尾部速度在2,000公尺/秒以下，基本上呈線性分佈。射流依靠動能產生破甲作用，但射流斷面上的能量密度遠大於同口徑的低速穿甲彈，破甲深度可達彈徑的6－7倍，然而射流的後效作用小於桿式脫殼穿甲彈。穿孔形狀見 圖10錐形穿甲射流的穿孔形狀。由聚能破甲彈派生出來的自鍛破片裝藥(又稱大錐角聚能裝藥)爆炸後形成自鍛破片，速度達2,000－35,000公尺/秒，也可產生破甲效應。 炸藥性能和重量、裝藥結構、起爆方式、藥型罩材料及其幾何尺寸等對金屬流的形成和侵徹具有顯著影響。炸高主要影響射流在運動中的拉長程度和斷裂、失穩現象的出現。在破甲理論方面，通常按簡單的定常或准定常理想不可壓縮流體模型處理，亦有考慮可壓縮性或裝甲板強度效應的分析模型。對於大錐角或盤形藥型罩，爆炸後將被擠成一個速度梯度很小的“杵體彈”，或翻轉成一個整體的高速彈丸，均稱為“自鍛彈丸”。它與金屬流不同，在飛行中無拉長、縮頸、斷裂現象，其空氣動力特性亦較穩定。 第二次世界大戰期間，泰勒等人建立了破甲的不可壓縮流體理論，給出了計算射流速度和直徑的公式以及射流速度同孔底侵徹速度之間的關系，直到現在仍然是一些主要國家設計反坦克武器和裝甲的理論依據。近年來發展出流體彈塑性體的有關模型和理論，進一步研究了材料的強度效應。複合裝甲和間隙裝甲的出現增加了破甲過程的複雜性，成為終點彈道學研究的新課題。 應力波碎甲效應作用 碎甲戰鬥部在接觸裝甲以後，通過爆炸作用直接破壞裝甲目標。彈丸或碎甲戰鬥部在裝甲表面上爆炸時，從接觸面開始向裝甲中傳播強壓縮衝擊應力波，此波到達裝甲背面時，相應地反射一個拉伸應力波，壓縮波與拉伸波發生干擾，形成拉伸應力波。當反射波與入射波相互作用所引起的拉應力超過材料的斷裂極限時，即在該處發生層裂或崩落出碟形碎塊。碎塊可直接毀傷裝甲背後的人員、設備。入射波強度足夠高時，將在層裂後的自由面上連續反射，發生多層層裂。 根據積累破壞準則，在接近裝甲背面某處發生層裂效應，所形成的碟形破片可重達數公斤，飛散速度可達每秒數百公尺。在連續的層裂效應中，所形成的破片線度和厚度愈來愈小。一般應用流體力學理論研究碎甲作用問題。理論分析和實驗證明，碎甲戰鬥部作用於複合裝甲或間隙裝甲時往往不能產生層裂效應。 破片效應和爆炸衝擊波效應 破片效應和殺傷作用 破片效應：彈丸殼體在爆轟產物的作用下急劇膨脹並破裂成大小不均的破片，以約1000－2000公尺/秒的速度向四周飛散，構成破片場。破片效應指殺傷戰鬥部爆炸後形成的破片與有生力量或輕裝甲目標的作用效果。破片可分為自然破片、預制破片和半預制破片。破片作用過程也涉及全彈道學的內容，戰鬥部裝藥的起爆、爆轟以及破片的加速過程，涉及內彈道學問題；在空氣阻力和重力作用下，破片的運動規律、作用範圍和殺傷面積屬於外彈道學問題；破片與有生力量或輕裝甲的直接作用則屬於終點彈道學問題。而破片的這些因素，則與彈體的形狀、結構、材料及其加工處理、炸藥的性能及重量、起爆方式、彈丸落角等多種因素有關。毀傷效果決定於目標的狀況和破片的形狀、大小、速度、數量及其在破片場內的分布。密集的高速破片在一定範圍內可以毀傷不同強度的目標。槍彈彈頭對目標的作用情況與破片相同。 殺傷作用：終點彈道學，有關破片(或彈頭)擊中人體(或生力量)作用後的運動規律及其致傷效應的研究，已形成了一個新的分支學科，有時稱為“創傷彈道學(wound ballistics)”。它的研究成果不僅可用於指導彈藥威力設計，還有助於戰地創傷的鑑別、診斷和治療。殺傷戰鬥部也可形成爆炸衝擊波，但衝擊波作用居次要地位。破片(或彈頭)對人體的致傷機理主要是侵徹作用和空腔效應： 1.對於骨骼等堅固組織﹐可直接侵徹出永久性原發貫通傷道或盲管傷道﹐甚至使它碎裂。 2.對於軟組織﹐由於侵徹壓力波的作用﹐原發傷道將急劇擴張形成暫時空腔﹐並使空腔劇烈地反復脹縮運動。這不僅會嚴重損傷肌肉､血管和神經﹐還可折斷未直接命中的骨骼。 3.對於顱腦､肝臟等稠黏性組織﹐高速破片(或彈頭)產生的壓力波可引起器官的廣泛損傷﹐甚至粉碎。 4.創傷程度取決於破片(或彈頭)在目標內釋放能量的快慢和大小。 爆炸與衝擊波作用 爆炸衝擊波的作用就是爆破戰鬥部產生的終點效應，隨周圍介質的不同，可分為空氣衝擊波和水中衝擊波。空氣、水等連續介質在受到爆轟產物的猛烈衝擊後，產生高速傳播的衝擊波。衝擊波的強度(超壓)決定於炸藥種類、介質的密度和可壓縮性，並隨著傳播距離的增大而急劇減弱。處於介質內的不同目標，在具有一定超壓(或比衝量)的衝擊波作用下被毀傷。在水中，爆轟產物還產生氣泡，氣泡的脹縮脈動所形成的壓力波也將對目標起附加的破壞作用。 在抗拉強度較低的顆粒性土壤中，衝擊波(或壓力波)使土壤受到強烈擠壓，發生徑向運動。近距離內的土壤顆粒被壓碎構成壓碎區；較遠距離處的土壤則僅開裂構成破裂區。當壓力波傳播到土壤表面時，將產生反射拉伸波，促使表層土壤破壞。當炸點距地面較近時，炸點上部的土壤被拋出形成彈坑。通常用壓碎區(或破裂區)的半徑或彈坑容積衡量爆炸體在土壤中的爆破效應。它與炸藥的性能、重量、土壤的特性及爆炸的深度、角度等有關。 射擊學 簡史 射擊學可以追溯到古代的射藝，從石器時代出現弓、矢以後就有了射的概念。中國西漢時弩機上帶刻度的“望山”實際是表尺，這種原始的圖形射表體現了當時對射程和射角關係的認識。 17世紀，隨著數學，力學等科學的發展，射擊理論和射擊方法也不斷得到發展。早期射擊學的內容主要是外彈道學。 19世紀中葉，射擊學發展成為獨立的學科。隨後，炮兵射擊條件起了較大的變化，火炮陣地多由暴露轉為隱蔽，同時發展了各種觀測和瞄準器材，由對通視目標的直接瞄準射擊擴展到間接瞄準射擊。火炮射程的增加和彈丸飛行時間的延長，使各種因素對彈道的影響更加顯著。火炮的集中使用提高了對統一指揮的要求。最初只用來分析彈丸散佈的概率論，被推廣應用到分析諸元精度、校正射擊及判定射擊效果等方面，從而產生了供更精確地決定射擊諸元的試射理論、諸元理論和獲得最佳射擊效果的效力射理論等。 19世紀中葉到第一次世界大戰中，先後出現了魚雷、潛艇、飛機、坦克等武器裝備。不同的射擊要求和目標的變化，使射擊學不再局限於地面炮兵和艦船炮兵射擊的領域而產生了許多分科，如空中射擊學、高射炮射擊學、坦克射擊學、魚雷射擊學、反潛射擊學等。在研究內容上也增添了許多新的課題，如預測動目標在彈丸飛行期間的運動規律，研究提高射擊效果與降低彈藥消耗量，建立射擊指揮中心和設計射擊指揮儀的各項原則等。新發展起來的無線電電子學技術和光學瞄準測距系統，為此提供了物質和技術基礎。 二次世界大戰末期出現了制導武器、核武器和數字電子計算機，對射擊學的發展產生了巨大的影響。制導使命中問題有了新的解決途徑。射擊中的計算、控制和指揮逐步地使用數字電子計算機。採用更精確的數學模型作更迅速準確的計算；各種武器火控系統不斷發展與完善。隨著現代戰爭的發展，彈丸的遠射性、目標的機動性和出現的突然性不斷增加，以及各種對抗手段的採用，大大增加了射擊的複雜性，需要解決首發命中和提高自身生存力等新課題。這些都進一步促使射擊學用運籌學的觀點開展動態的和綜合的研究。廣泛地應用了對策論、資訊論、規劃論、工程控制論等現代數學和方法，使射擊學向更深更廣的領域發展。 決定射擊諸元 是彈丸或戰鬥部準確射向目標的核心問題，即賦予武器正確射向、裝藥級別和裝定引信的時間分劃，射擊理論分析各種決定射擊諸元方法的精度和適用性，並提出提高諸元精度的措施。在確定目標與武器的相對位置、運動規律和射擊實施條件後，就能根據外彈道學和運動學原理解算出射擊諸元。當射擊條件與射表所規定的標準條件有差異時，需要計算諸元修正量。對運動目標射擊時，為使彈丸或戰鬥部與目標相遇，需要計算提前修正量。行進間射擊時，需要對武器自身的擺動和移動進行附加修正。這些修正均可在射擊準備中完成。在可觀察的情況下，還要結合觀察到的射擊結果進行補充修正。由於運動目標在武器發射到擊中期間的運動具有隨機性，通常根據目標運動的一般規律及武器系統的跟蹤解算與控制等裝置所能達到的水平，提出若干種目標運動的近似數學模型以供選用，其中常用的一種是勻速直線運動模型。制導武器則是在全過程中不斷自動地進行修正。 分析射擊偏差 是判定射擊結果的基礎。由於各種共同性的因素和隨機因素的影響，即使是同一門武器用完全相同的諸元射擊，各發彈丸的落點仍然會有不同的偏差。使用多門武器射擊時，偏差的分佈將會有所擴大。這些偏差主要來源於目標的測定誤差、射擊諸元的解算誤差和裝定誤差以及武器彈藥性能的誤差等。射擊學研究分析這些因素，並盡可能地減小其影響以提高射擊精度。共同性因素導致的散佈中心偏離目標，可以通過校正解決。隨機因素產生的偏差，一般為正態分佈，具有對稱分佈、中間密集、邊緣稀疏以及有一極限範圍等特徵，通常用概率偏差(亦稱公算偏差)來表徵。根據散佈所處的方位可分為距離概率偏差、高低概率偏差和方向概率偏差。在散佈圖為圓形時，常用圓概率偏差表徵。以散佈中心為圓心，圓概率偏差為半徑的圓內和圓外，彈著點的分佈概率各佔50%。 除了研究自然形成的散佈之外，射擊學還研究人工散佈的情況。在某些條件下，利用多門武器分別使用(或一門武器先後使用)不同的諸元射擊，可以得到最有利的落點分佈，從而獲得更好的射擊效果。 判定射擊效果 射擊效果是指在一定條件下射擊時完成任務的有效程度。判定射擊效果就是以一定的數值指標來評價射擊效果。常用的數值指標有：命中概率，對單個目標的毀傷概率，對多個目標毀傷百分數的數學期望值，以及彈藥平均消耗量等。這些指標與武器的性能，射擊條件，目標的種類、分佈、易毀程度以及敵方士氣等因素有關。通常用統計學的方法，根據某種武器和彈藥的性能、威力以及特定的射擊條件和射擊方法，結合試驗結果和理論推算得出它所能達到的射擊效果，再反過來按照實際使用情況，用概率論推定達到這些指標所需要的最佳條件和方法。 制定射擊方法 為了迅速有效地完成射擊任務，要為不同的武器分別制定出在各種射擊條件下對各類目標組織指揮射擊的方法和相應的射擊規則。它可以寫成規範，也可以部分地編入武器系統的自動指揮和自動控制程式，由機器來執行。制定射擊方法除應用射擊理論和遵守作戰原則外，還要結合武器彈藥的性能、威力，部隊的訓練水準，以往作戰的經驗和未來戰爭的特點等方面綜合考慮，還應兼顧經濟可靠和簡便易行。 不同的兵種和武器組織指揮射擊可以有繁簡的差異，但大體上都可分為射擊準備和射擊實施兩個方面。 射擊準備： 1.偵察與確定目標的性質、位置和運動參數。 2.確定有利於攻擊的武器配置。 3.組織各項技術保障，掌握影響射擊精度的環境條件以決定射擊諸元。 4.做好武器的技術準備使其處於隨時能實施射擊的狀態。 5.決定火力分配和射擊方法，選擇射擊手段和射擊時機，確定彈藥消耗量和持續射擊時間等，必要時還需擬定射擊預案。 射擊實施：地面炮兵的觀察與校正、試射與效力射，空中射擊的接敵佔位、跟蹤與瞄準，以及各種射擊的火力轉移和機動等。雖然射擊諸元常在準備階段已經決定，但在實施階段仍需不斷更新射擊諸元。 島國戰爭藝術研究-kimo 島國戰爭藝術研究hinet | |
NO:634_2
| VET 於 2002/08/27 21:40 | |
| Re:彈道與射擊學理 | |
可以下載嗎?我是學農的物理數學太差沒基礎資料庫又好多還沒修好 | |
NO:634_3
| 西門慶 於 2002/08/28 08:37 | |
| Re:彈道與射擊學理 | |
對啊, U235兄的這幾篇很有保存價值, 如果能放在資料庫就好了. 前陣子U兄貼在外獨版的那篇火炮射擊貼文, 也讓人擊掌叫好. | |
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