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埋头弹火炮内弹道实验与数值模拟的开题报告
标题：埋头弹火炮内弹道实验与数值模拟
摘要：
埋头式火炮是一种具有较高射程和精度的武器系统。
该系统采用了短枪
管和高压气体驱动，将弹壳直接与气体燃烧室连接，使燃烧产生的高温
高压气体直接推动弹头，从而实现了高速发射。
为了提高埋头式火炮的
精度和射程，深入研究其内弹道特性具有重要意义。
本文主要研究埋头式火炮内弹道特性的实验和数值模拟方法。
首先，利
用高速相机采集内弹道过程中的弹头运动轨迹，并测量弹头速度、加速
度等参数。
其次，基于质量守恒方程、动量守恒方程和热力学方程，建
立埋头式火炮内弹道数值模型，并采用计算流体力学方法进行数值求解。
通过实验和数值模拟，得到了埋头式火炮内弹道特性的相关参数。
实验
结果表明，弹头随着加速度逐渐增大，最终达到了稳定的速度。
数值模
拟结果表明，温度和压力等参数在内弹道中变化较大，需要考虑非定常
性和多场耦合效应。
本研究对埋头式火炮内弹道特性的深入理解以及精确射击的实现具有一
定的借鉴意义。
同时，对未来设计改进和性能预测也有一定的指导价值。
关键词：埋头式火炮；内弹道；实验；数值模拟。
液体发射药迫击炮内弹道建模及性能分析陆林;刘宁;张相炎【摘要】To apply the liquid-propellant technology to mortar, the combustion process of mortar basic-charge was considered as well as the throttle effect of piston-chamber blowhole on gas. The interior ballistic model of regenerative-liquid-propellant mortar was established. The effects of structural parameters such as piston air chamber porosity, ejection starting pressure, injection area and liquid propellant charge on the ballistic performance of mortar were analyzed. The results show that the piston area of air chamber and the area of injection port have a great influence on the pressure of chamber and muzzle velocity. The mass of liquid propellant has obvious effect on the improvement of muzzle velocity. The muzzle velocity can be improved effectively by matching the structural parameters and charge conditions without increasing the maximum chamber-pressure. The model provides theoretical guidance for the optimization of the structure and development of liquid-propellant mortar.%为了将液体发射药技术应用于迫击炮,针对液体药侧喷结构,在考虑迫击炮基本装药燃烧过程,并计及活塞气室气孔对燃气的节流作用的基础上,建立了再生式液体发射药迫击炮内弹道模型.数值模拟了液体发射药迫击炮内弹道过程,分析了活塞气室气孔、喷射启动压力、喷射孔面积、液体发射药装药量等结构参数对迫击炮内弹道性能的影响,结果表明:活塞气室导气孔面积、喷射孔面积对各腔室的压力及弹丸初速影响较大;液体发射药装药量对初速提高有明显作用,通过匹配系统结构参数及装填条件,在不增大最大膛压的同时可有效提高初速.该文所建模型将为液体发射药迫击炮结构优化和样机研制提供理论参考.【期刊名称】《弹道学报》【年(卷),期】2017(029)003【总页数】6页(P68-73)【关键词】液体发射药;迫击炮;内弹道;数值模拟【作者】陆林;刘宁;张相炎【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ31Abstract :To apply the liquid-propellant technology to mortar,the combustion process of mortar basic-charge was considered as well as the throttle effect of piston-chamber blowhole on gas.The interior ballistic model of regenerative-liquid-propellant mortar was established.The effects of structural parameters such as piston air chamber porosity,ejection starting pressure,injection area and liquid propellant charge on the ballistic performance of mortar were analyzed.The results show that the piston area of air chamber and the area of injection port have a great influence on the pressure of chamber and muzzle velocity.The mass of liquid propellant has obvious effect on the improvement of muzzle velocity.The muzzle velocitycan be improved effectively by matching the structural parameters and charge conditions without increasing the maximum chamber-pressure.The model provides theoretical guidance for the optimization of the structure and development of liquid-propellant mortar.Key words:liquid propellant;mortar;interior ballistics;numerical simulation传统迫击炮采用分级式装药结构,膛压梯度大,初速低、射程近。
法医学在火器弹道鉴定中的技术与方法火器弹道鉴定是一项重要的科学技术，对于犯罪侦查、司法判案等领域都有着至关重要的作用。
而法医学作为一门专业的学科，在火器弹道鉴定中发挥着不可或缺的作用。
本文将从法医学的角度探讨在火器弹道鉴定中的技术与方法。
1. 弹道学基础知识在进行火器弹道鉴定之前，有必要了解一些基础的弹道学知识。
弹道学是研究火器击发子弹后运动状态和特征的学科，它主要包括内弹道学、外弹道学和终端弹道学。
内弹道学研究的是火药燃烧产生气体对子弹的推进作用，外弹道学研究的是子弹的飞行姿态和轨迹，终端弹道学则研究的是子弹与目标物接触后的效果。
2. 火器弹道鉴定的技术与方法2.1 弹道工具技术弹道工具技术是火器弹道鉴定中最基础的技术之一。
常用的弹道工具包括测距仪、精密测角仪、摄像设备等。
测距仪可以用来测量子弹击中目标的距离，精密测角仪则可以用来测量子弹的入射角度和射程等参数。
摄像设备可以记录火器射击过程，提供重要的视觉证据。
2.2 枪弹分析技术枪弹分析技术是判断火器的型号和特征的关键技术。
通过对子弹的外形、口径、药量等进行分析，可以确定相关的枪械信息。
此外，还可以通过弹药的火药温度、启火方式等特征来判断子弹的发射距离和发射者的行为。
2.3 弹道学重建技术弹道学重建技术是根据受到损伤的物体属性还原子弹弹道轨迹的一种方法。
通过对物体受到的损伤进行分析，可以推断出子弹进入、穿过和离开物体时的路线和速度。
这项技术对于确定子弹的轨迹以及射击的角度和距离等信息非常重要。
2.4 微量物证分析技术微量物证分析技术是通过对枪管、枪机、弹膛等位置进行物质检测，寻找可能存在的火药痕迹、枪支零部件、指纹等信息的一种方法。
通过这些微量物证的分析，可以进一步确定火器的使用情况和使用者的身份。
3. 案例研究为了更好地说明法医学在火器弹道鉴定中的技术与方法，我们以一起枪击案件为例进行分析。
在这起案件中，一名受害者死于枪击，现场留下了一颗子弹和一把枪。
火炮修后水弹试验水弹运动机理研究傅建平;张泽峰;韦有民;刘昆仑【摘要】针对部队火炮水弹试验工程实践多、机理研究少，新型火炮水弹试验难的现状，基于火炮修后水弹试验原理和水弹试验工程实践经验，借鉴基于低速连续射流的消防水炮研究成果，综合运用火炮内、外弹道学与流体力学理论，阐述了火炮水弹试验时水弹膛内加速运动与膛外惯性运动机理，建立了火炮修后水弹试验水弹运动计算模型，计算得到某大口径、高初速火炮的射程、射高及其运动轨迹。
计算结果表明，水弹试验并不需要很大场地，为火炮水弹试验靶场空间确定提供理论参考。
%The army artillery has much more practice of water-projectile test,and the mechanism research is few,and it is difficult to carry out the test of new-type gun.Aiming at the present situation ,the research results from the low-speed continuous jet of fire gun were applied as well as the interior and exterior ballistics and fluid mechanics theory .The acceleration of water-projectile in the bore and the mechanism of external inertia motion of the gun were described based on the theory of water-projectile test and the practical experience of water-projectile test project .The calculation model of the motion of water-projectile was established ,and the range ,shoot height and trajectory of high-speed gun with large cabiber were cal-culated.The calculation results show that the water-projectile test does not require large field ,and it offers theoretical reference for determining the water-projectile test range space .【期刊名称】《弹道学报》【年(卷),期】2016(028)002【总页数】5页(P57-61)【关键词】水弹试验;运动机理;轨迹【作者】傅建平;张泽峰;韦有民;刘昆仑【作者单位】军械工程学院火炮工程系，石家庄050003;军械工程学院火炮工程系，石家庄050003;军械工程学院火炮工程系，石家庄050003;驻国营167厂军代室，成都610000【正文语种】中文【中图分类】TJ307火炮大修与中修后,通常都需要进行水弹试验,以确定火炮的技术状态和综合考核火炮修理质量[1]。
1 绪论内弹道（internal ballistics）是弹道的一部分，内弹道研究弹丸从点火到离开发射器身管的行为。
内弹道学研究对各种身管武器都有重要意义。
击发方法：任何类型的身管武器第一步需要击发火药。
最早的枪支、大炮由一个一端密封的金属管组成。
1.1 内弹道学研究对象内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、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。
燃烧的发射药产生具有很高压力的气体，使弹丸加速穿过炮膛，直到以预定初速离开炮口。
初速是具有一定质量和形状的弹丸最终要达到的整个射程的基础。
在设计火炮时必须进行计算以保证最正常、最有效地产生所需要的初速。
发射装药产生的能量用于完成好几种工作。
大部分能量用于赋予弹丸速度。
能量还消耗在做下述功上：使弹丸旋转，克服弹丸与膛壁之间的摩擦力，使发射药和发射药气体在膛内运动以及使火炮后坐部分后坐。
有些能量还以热能的形式损失在身管、炮尾、弹丸和药筒（如果使用药筒的话）上。
发射过程都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药，迅即扩展到整个装药表面，并同时沿着药粒厚度向内层燃烧。
燃烧进行在一个封闭的空间中，这个空间前由弹丸的弹带封闭，后有火炮所采用的紧塞装置封闭，紧塞装置用于防止火药气体从后面逸出。
在发射药气体的压力达到能使弹丸运动的程度之前，发射药的燃烧速度与膛压增加的速度是成正比例的。
所谓“弹丸启动压力”就是指使弹丸开始向前运动的压力。
当弹丸沿身管向前运动时，供发射药气体占用的空间增大，因此膛压的增加速度减小。
当空间增加所导致的压力的增加相等时，膛压达到最大值。
自此以后膛压开始下降，同时弹丸却在继续加速，甚至在发射药全部燃尽后弹丸仍在继续加速，只是加速度逐渐减小，弹丸一出炮口即变为减速。
下图说明膛内压力、弹丸膛内行程和弹丸速度间的关系。
内弹道学的研究对象，主要是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，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。
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 115【关键词】火炮 内弹道 存储测试 过载1 引言火炮是陆战之王，在现代战争中发挥着巨大的作用。
火炮发射时，内弹道是弹丸获得动力的重要阶段，弹丸在几十ms 的时间内加速到上千米每秒的速度，承受的膛内过载值高达上万g （g 为重力加速度）。
准确测量和分析弹丸在膛内的发射过载，对评价火炮性能、弹丸的结构和强度设计、弹丸的初速预测、发射药性能的研究、及引信的结构防护和保险设计均具有非常重要的意义。
针对火炮内弹道环境，传统上是采用铜柱法测试（见图1）。
该方法是将标准的质量块和铜柱置于弹丸内，火炮发射时，质量块在惯性力的作用下挤压铜柱使其产生塑性变形，根据塑性变形量可获得内弹道最大过载值。
铜柱法测试简单实用，但是只能测得最大过载值，无法获得过载值随时间的变化历程。
随着电子技术的发展，尤其是MEMS 技术的发展，国内外相继出现了多种型号的高g 值MEMS 过载传感器，使得电测法成为可能。
本文即研究了一种存储测试系统，可置于弹丸内，准确测量弹丸在膛内的过载曲线。
2 测试系统组成测试系统组成见图2，主要由过载传感器、信号放大电路、信号滤波电路、带A/D 的单片机、存储器和电源等组成。
2.1 过载传感器过载传感器采用中电13所研制的MPA5000-60K ，其量程超过了6万g ，频响范围0~50KHz ，非线性度小于2%，2Vdc~10Vdc 的宽激励范围。
MPA5000-60K 传感器采用了先进的火炮内弹道环境测试技术文/郭天吉 吴宏斌图1：铜柱法测试示意图图2：测试系统原理框图图3：信号放大电路图4：信号滤波电路图5：单片机电路电子技术• Electronic Technology116 •电子技术与软件工程Electronic Technology & Software EngineeringMEMS 压阻体硅工艺加工制造，圆片级封装，性能稳定，可靠性高，适用于恶劣条件下碰撞、爆炸、冲击等场合。
第29卷第5期水下无人系统学报 Vol. 29No.5 2021年10月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Oct. 2021收稿日期: 2020-11-10; 修回日期: 2021-02-24.作者简介: 郭映华(1972-), 男, 硕士, 研究员, 主要研究方向为内弹道与装药结构设计.[引用格式] 郭映华, 李瑞静, 刘伟, 等. 全浸式火炮内弹道参数优化设计[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(5): 616-620.全浸式火炮内弹道参数优化设计郭映华, 李瑞静, 刘 伟, 董彦诚(西北机电工程研究所, 陕西 咸阳, 712000)摘 要: 随着水下安全威胁的日益提升, 水下火炮内弹道优化设计已成为水下攻防领域的研究热点之一。
火炮尤其是采用变燃速发射药的小口径火炮的水下发射过程与大气中火炮发射过程相比更加复杂。
文中针对全浸式火炮发射过程, 在经典内弹道模型的基础上, 考虑钝感发射药、弹丸对身管内弹丸水柱的做功、炮口喷出水阻以及水深的影响等诸多因素建立内弹道方程组, 并选择多岛遗传算法对火炮内弹道参数进行优化设计, 得出了满足炮口初速和最大膛压要求的装填参量和发射药参数, 包括药室容积、弹丸行程长、发射药弧厚、钝感深度、表面燃速修正量和装药量等。
对优化结果的工程化分析可知, 文中的设计方法可以快速得到较为合理的参数指标, 从而大幅度减小内弹道设计的工作量。
关键词: 全浸式火炮; 内弹道; 水下发射; 优化设计; 多岛遗传算法中图分类号: TJ63; TJ302 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2021)05-0616-05DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2021.05.015Optimization Design of Interior Trajectory Parametersof Fully-Immersed ArtilleryGUO Ying-hua , LI Rui-jing , LIU Wei , DONG Yan-cheng(Northwest Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Xianyang 712000, China)Abstract: The interior trajectory optimization design of underwater artillery has become an active topic in underwater attack and defense research owing to the increasing threat to underwater security. The launching process of artillery in water is more complicated than that in the air environment, especially regarding small-caliber artillery in the presence of a variable burning rate propellant. In this study, the optimization design of internal ballistic parameters is conducted using a multi-island genetic algorithm, based on the classical interior ballistic model, to investigate the launching pro-cess of fully immersed artillery. Some parameters such as the insensitive propellant, work of a projectile on the water column in a barrel, water resistance of the muzzle, and the influence of water depth are considered to establish the inte-rior ballistic equations. The loading and propellant parameters, such as chamber volume, projectile travel length, pro-pellant web size, insensitive depth, surface burning rate coefficient correction, and mass of charge, are set to achieve the maximum bore pressure and muzzle velocity. Engineering analysis of the optimization results shows that the proposed method can quickly achieve reasonable parameter indicators to greatly reduce the workload of interior trajectory design. Keywords: fully immersed artillery; interior trajectory; underwater launch; optimization design; multi-island genetic algorithm. All Rights Reserved.2021年10月郭映华, 等: 全浸式火炮内弹道参数优化设计第5期0 引言现代海战中来自水下的安全威胁日益提升。
第38卷第1期2017年3月火炮发射与控制学报JOURNAL OF GUN LAUNCH &CONTROL Vol. 38 No. 1 Mar. 2017DOI:10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.019基于RBF神经网络的火炮修后水弹试验故障诊断技术研究张泽峰\傅建平2，苗建松3，赵志江3(1.军械工程学院火炮工程系，河北石家庄 050003;2.山西农业大学信息学院机电工程系，山西太谷 030800;3.驻国营763厂军代室，山西太原 030000)摘要：快速、准确地对火炮修后水弹试验评估与诊断是火炮水弹试验的重要环节。
基于火炮结构原理，对火炮水弹试验故障树进行分析，在把握火炮水弹试验故障总体原因基础上，建立了基于R B F神经网络的火 炮水弹试验故障诊断模型，并以某新型火炮水弹试验为例，对人工设置的故障进行了故障诊断，诊断结果表 明了所建立诊断模型的正确性，以及诊断结果的可信性，该诊断模型可应用于火炮水弹试验工程实践。
关键词：火炮；故障诊断；故障树；R B F神经网络；水弹试验中图分类号：TP183；TP277 文献标志码：A文章编号：1673 -6524 (2017)01 -0095 -06Research on the Fault Diagnosis Technology of the Water-projectileTest Posterior to the Gun RepairZHANG Zefeng1 , FU Jianping2，MIAO Jiansong3 , ZHAO Zhijiang3(1.A r t i l l e r y Engineering Department，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang050003，Hebei，China;2.Department o f Mechanical and E l e c t r i c a l Engineering，College o f Information，Shanxi A g ricultural University，Taigu030800,Shanxi，China; 3.No. 763 State-Owned Factory Presentation Room，Taiyuan030000，Shanxi，China) Abstract：The rapid and accurate detection and fault diagnosis posterior to the gun repair is an important link in the gun water-projectile test.The gun water-projectile test fault tree was built based on gun structure principle，which is conducive to the overall grasp of the fault of gun.The fault diagnosis model of artillery water bomb test was established based on RBF neural network.With the aid of a new type of gun water-projectile test，fault diagnosis was conducted in terms of the artificially set defects.The diagnostic results show that diagnosis model built in this paper is correct，and that considering the reliability of diagnostic results，the diagnosis model can be applied to the gun water-projectile test in engineering practice.Keywords：gun；fault diagnosis;fault tree;RBF neural network；water-projectile test火炮在大修、中修后需要进行水弹试验来检验 火炮修理质量，只有水弹试验检验合格的火炮，部 队方可进行射击与训练[1]。
基于炮口初速自动测量的弹道修正技术研究引言：炮口初速是火炮射击过程中的一个重要参数，直接影响到弹道轨迹的精确性。
炮口初速的准确测量对于火炮射击的命中精度是非常关键的。
传统的测量方法需要特定的测量设备，并且需要手动操作，这种方式不仅耗时而且不够准确。
另外，受环境因素的影响，如大气压力、温度等，炮口初速也会有所波动。
因此，研究基于炮口初速自动测量的弹道修正技术就显得尤为重要。
一、炮口初速自动测量原理炮口初速自动测量的原理是利用高精度的传感器对炮口的运动进行监测，并通过计算得出炮口初速。
在测量过程中，传感器会采集炮口的位移、速度和加速度等参数，并通过数值计算得出炮口的初速。
这一原理具有非常高的准确性和可靠性。
二、炮口初速自动测量的设备炮口初速自动测量的设备包括传感器、数据采集系统和计算机控制系统等。
传感器负责采集炮口的运动参数，如位移、速度和加速度等。
数据采集系统用于记录传感器采集的数据，并将其传输给计算机控制系统进行处理。
计算机控制系统负责对传感器采集到的数据进行分析计算，并得出炮口的初速。
三、弹道修正技术的实现1.确定炮口初速的变化规律：通过对多次射击的初速进行测量，找出炮口初速与其他因素的关系，如大气压力、温度等。
这样可以建立起初速变化的数学模型。
2.建立弹道修正模型：根据炮口初速的变化规律，建立弹道修正模型。
该模型可以将初速变化作为输入参数，输出修正后的弹道轨迹。
3.实时监测炮口初速：通过前文所述的炮口初速自动测量设备，实时监测炮口的初速，并将数据反馈给计算机控制系统。
4.弹道修正：计算机控制系统根据弹道修正模型和实时监测到的炮口初速，对弹道轨迹进行修正。
5.射击控制：根据修正后的弹道轨迹，对射击参数进行调整，以保证射击的精确度和命中率。
四、技术的应用前景基于炮口初速自动测量的弹道修正技术具有广阔的应用前景。
首先，该技术可以提高火炮射击的精确度和命中率，使得射击结果更加可靠。
其次，由于自动测量设备的使用，可以节省大量的人力和时间成本。
火炮修理后水弹试验内弹道设计方法研究傅建平;张泽峰;余家武;李雷【摘要】火炮修理后广泛采用水弹试验,以动态方式确定火炮的技术状态和检验火炮修理质量.新型火炮缺乏水弹试验内弹道设计方法,难以确定水弹试验装水质量等内弹道关键参数,制约部队开展水弹试验.基于修后火炮水弹试验原理与工程实践,建立火炮水弹试验内弹道学模型;提出了基于水弹试验与实弹射击时作用于火炮的炮膛合力全冲量相等原理的火炮水弹试验内弹道设计方法,为新型火炮修后水弹试验提供理论指导,也为火炮其他考核目的水弹试验提供参考.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2015(036)012【总页数】5页(P2381-2385)【关键词】兵器科学与技术;火炮;水弹试验;内弹道设计;炮膛合力;冲量【作者】傅建平;张泽峰;余家武;李雷【作者单位】军械工程学院火炮工程系,河北石家庄050003;军械工程学院火炮工程系,河北石家庄050003;驻国营157厂军事代表室,四川成都610000;驻国营157厂军事代表室,四川成都610000【正文语种】中文【中图分类】TJ012.1部队火炮大修后，需进行试射、试验，以动态方式综合考核火炮的技术状态和修理质量[1]。
张鸿浩等[2]、辛春虹等[3]、姚养无[4]以密闭爆发器为冲量发生器，设计了火炮动力后坐试验系统，某种程度上能考核火炮的技术状态和修理质量，但该方法需要复杂的动力后坐试验系统和高要求的试验环境。
而火炮水弹试验对环境要求低、周期短、成本低、便于实施，目前部队火炮修后广泛采用水弹试验法来检验火炮修理质量。
修理工厂受技术力量约束，新型火炮缺乏水弹试验内弹道设计方法研究，装水质量等关键参数只能经由少到多的配重和反复试验后，才能摸索出合理的内弹道设计方案，安全性、通用性差[5]，曾经因内弹道参数设计不合适，即装水质量不当，引起火炮身管胀膛现象发生[6]。
水弹试验理论可指导水弹试验工程实践；反之，水弹试验工程实践可验证水弹试验理论，并为水弹试验理论建模提供各种参数。
因此，急需开展火炮水弹试验理论研究，探索新型火炮水弹试验装水质量等设计方法，确保水弹试验安全实施。
本文基于火炮修后水弹试验原理和多年水弹试验工程实践，应用火炮内弹道理论，提出了基于火炮水弹试验与实弹射击时，作用于火炮的炮膛合力全冲量相等原则的火炮水弹试验内弹道参数设计方法，为火炮修后水弹试验提供理论指导，也为火炮其他考核目的的水弹试验提供参考。
如图1所示，火炮修后水弹试验即以一定量的水或专用液注入炮膛来代替实弹弹丸，装药采用全装药，中间以专用木塞将前部水与后部药筒隔离。
木塞按要求尺寸与形状制成，用以密闭炮膛，同时赋予水弹一定的起动压力。
发射后，火药气体将木塞和水（或专用液）推出炮膛，造成同实弹射击基本相同的火炮后坐、复进等射击现象，来检验修后的火炮质量。
由火炮水弹试验原理可知，火炮水弹试验与实弹发射既有区别，又有联系，可参考实弹发射的经典内弹道模型。
为建模与计算方便，在经典内弹道模型假设基础上[7-8]，另作如下假设：1）水弹发射过程中，木塞与水不分离，即木塞与水作整体运动；木塞在膛线作用下作旋转运动。
2）木塞密闭良好，不存在漏气、漏水现象。
3）水在发射过程中，前期质量不变，当水柱前端面出膛口后，水的质量逐渐减少，直至水柱完全出膛口，水弹质量只剩木塞质量。
4）木塞瞬间挤进膛线，以一定的挤进压力p0为水弹起动标志。
可得火炮水弹试验内弹道学数学模型[5]，其基本方程组为θ=γ-1；f为火药力；γ为火药气体比热比；n为燃速指数；φ为次要功计算系数。
火炮的膛内结构诸元，如口径d、炮膛横断面面积S、药室容积V0和弹丸全行程长lg等，以及装填条件，如水弹弹丸重量m、装药量ω、火药力f、火药气体余容α、燃烧速度系数n、火药密度δ、火药形状特征量χ、λ、μ.设水弹的水在膛内呈圆柱形，其密度为ρ，初始体积为Vw，初始长度为lw，水弹的木塞与水质量分别为mt和mw.由于水弹中水的体积较大，故水的长度较长，必须考虑水弹随程减重对内弹道性能的影响，水弹随程质量为火炮水弹试验内弹道模型中，装水质量是火炮修后水弹试验的关键参数，也是内弹道设计的主要参数。
传统水弹试验装水量的确定，主要装水质量配重后反复试验获得，盲目性大、安全性差、通用性差。
火炮内弹道理论和火炮设计理论为火炮水弹试验内弹道设计提供了理论基础。
3.1 炮膛合力全冲量及冲量原理发射后，后坐部分在巨大的炮膛合力作用下，作后坐运动，运动过程中受到后坐阻力。
以火炮后坐部分为研究对象，并进行受力分析，可得到运动方程[9]式中：mh为后坐部分质量；Fpt、FR分别为炮膛合力、后坐阻力。
发射后，火炮由静止转换为运动，并在规定距离上停止，即v0=vλ=0.对（3）式两边积分得式中：tk、tλ分别为炮膛合力、后坐阻力的作用时间，由此得火炮后坐中，炮膛合力对后坐部分作用的全冲量在数值上等于后坐阻力对后坐部分作用的全冲量。
定义：在后坐过程中，炮膛合力在其作用时间上的积分称为炮膛合力全冲量。
即3.2 内弹道参数设计方法火炮修后水弹试验目的是模拟实弹射击的内弹道环境，使火炮产生与实弹射击相近的后坐与复进运动，从而全面检验火炮修后质量。
因此，对于同型火炮，如果实现水弹试验与实弹射击两种射击方式条件上，作用于火炮后坐部分的炮膛合力全冲量相等，则两种射击的火炮后坐、复进运动规律相近。
3.2.1 炮膛合力由弹带完全嵌入膛线起，至弹丸飞离炮口止，这一时期为弹丸膛内运动时期，后坐部分加速向后运动，该时期炮膛合力为后效期内，膛内气体压力迅速下降。
炮膛合力也由弹丸出炮口瞬时的Fg迅速下降至0，其下降趋势近似于指数规律。
火炮实弹射击时炮膛合力全冲量巨大，大多采用炮口制退器来消耗部分后坐动能，以减小炮架受力；而水弹试验时，为防止木塞碎屑出炮口时冲击炮口制退器侧翼腔及其冲击隔板，损坏炮口制退器，通常试验前卸下炮口制退器，而以等质量的配重块替代之，因而二者的炮膛合力大小相差较大。
火药气体后效期的炮膛合力可用（8）式表示：式中：t为以后效期开始为起点计算的时间；b为反映炮膛合力衰减快慢的时间常数；χ为炮口制退器冲量系数，大小为式中：βT为有炮口制退器时的后效作用系数，且3.2.2 炮膛合力全冲量由（7）式与（8）式可得火炮实弹射击和水弹试验时，作用于火炮后坐部分的炮膛合力全冲量分别为式中：tg0、tg1为各自弹丸膛内运动时间；τ0、τ1为各自的火药气体后效期作用时间。
3.2.3 装水质量参数设计方法由（5）式、（10）式和（11）式可得，对于同一火炮，水弹试验如果选用合适的装水量，实现与实弹射击方式下的炮膛合力全冲量相等，即H0=H1，此时火炮对应的后坐与复进运动规律相近。
对于同一火炮，实弹射击时炮膛合力全冲量大小为确定值；而水弹试验中，不同的装水质量，作用于火炮的炮膛合力全冲量也不同。
因此，水弹试验所要求的装水质量就是满足H0=H1时的装水质量。
3.2.4 装水质量设计方法综上可得，火炮修后水弹试验的装水质量设计方法如下：1）根据火炮结构参数和内弹道参数，通过（10）式计算该火炮实弹射击时的炮膛合力全冲量H0.2）在装水质量范围内，根据（1）式、（2）式、（8）式与（11）式，计算该炮水弹试验时的炮膛合力全冲量H1.3）查找H0=H1时的水弹装水质量。
为了便于实施水弹试验，将水弹装水质量不足0.5 kg的部分取为0.5 kg，超过0.5 kg的部分取为1.0 kg.4.1 火炮膛压与炮膛合力分析某火炮大修后，采用全装药，在规定射角进行水弹试验。
利用上述计算模型，对该炮进行水弹试验内弹道参数设计计算。
该炮实弹与水弹射击时的膛内压力p、炮膛合力Fpt随时间t变化仿真计算曲线，如图2和图3所示。
由图2可知，水弹试验与实弹射击二者膛压曲线形状相近。
但由于水弹试验炮膛合力全冲量与实弹射击的炮膛合力全冲量相同，装水质量（12 kg）低于实弹（21.76 kg），同时水弹（木塞和水）的起动压力和运动阻力较小，水弹运动速度较快，弹后空间迅速增大，因而水弹试验时最大膛压点较实弹滞后且小。
同时，由于两种射击方式的装药不变，膛内运动后期水弹质量随行程增大而减小，炮口压力较实弹炮口压力要大。
水弹试验最大膛压计算值为207.2MPa，铜柱测压法测试结果值为216.2 MPa，二者基本吻合。
由图3可知，实弹射击时，该炮的炮口制退器效率较高，后效期的炮膛合力为负值[7]；而水弹试验时无炮口制退器作用，炮膛合力均为正值；两种射击方式下，其炮膛合力全冲量相等，对火炮反后坐装置的作用规律相当，因而火炮后坐、复进运动规律相当。
这也就是水弹试验法的本质所在。
4.2 水弹试验炮膛合力全冲量影响因素分析图4为火炮水弹试验炮膛合力全冲量H随装水质量m变化曲线。
由图4可知，水弹试验时，随着装水质量的增加，因膛内压力相应增高，炮膛合力全冲量也随之增大，总体上基本呈线性变化关系；而实弹射击时，由于炮膛压力一定，因而炮膛合力全冲量为一定值，由理论计算该炮的炮膛合力全冲量为H0=15 873 N·s.基于水弹试验、实弹射击二者炮膛合力全冲量相等原则，该炮水弹试验的装水体积质量应为11.74 L.为了水弹试验的可操作性，取水弹装水体积质量为12 L，此时水弹试验的炮膛合力全冲量与实弹射击的炮膛合力全冲量相等。
某修理工厂在该炮修理后水弹试验中，应用该装水质量参数设计方案，火炮后坐、复进与开闩动作正常，后坐复进运动规律符合修理要求，避免了因装水质量配重进行的水弹试验摸索射击。
本文基于火炮修理后水弹试验原理与特点，建立了火炮修理后水弹试验内弹道学计算模型，应用炮膛合力全冲量相等原则，提出了火炮修理后水弹试验中装水质量设计方法，并以某炮为例进行了仿真计算，计算结果与火炮水弹试验结果相符合，由此可得出如下结论：1）同一类型火炮修理后水弹试验，实弹射击时，作用于火炮的炮膛合力全冲量是火炮水弹试验的装水质量参数设计依据。
2）对于牵引、车载、轮式自行与履带式自行等4种不同运行方式的相同火炮，如果实弹射击时作用于火炮的炮膛合力全冲量相同，则火炮修理后水弹试验内弹道设计方案可以相同。
本文研究成果已成功应用于某新型火炮水弹试验内弹道设计，为新型火炮水弹试验提供理论指导，也可为其他考核目的的水弹试验内弹道设计提供参考。
【相关文献】[1]张培林，李国章，傅建平.自行火炮火力系统[M].北京：兵器工业出版社，2012. ZHANG Pei-lin，LIGuo-zhang，FU Jian-ping.Self propelled gun fire system[M].Beijing：Ordnance Industry Press，2012.（in Chinese）[2]张鸿浩，陈永才，王瑞林，等.火炮动力后坐运动的数值模拟[J].军械工程学院学报，2000，12（3）：12-16. ZHANG Hong-hao，CHEN Yong-cai，WANG Rui-lin，et al.Numerical simulation of gun power recoilmovement[J].Journal of Ordnance Engineering College，2000，12（3）：12-16（in Chinese）[3]辛春虹，赵俊利，张康，等.基于Matlab的火炮动态仿真试验研究[J].机电技术，2011（2）：82-84. XIN Chun-hong，ZHAO Jun-li，ZHANG Kang，et al.Research on dynamic simulation of artillery based on Matlab[J].Electromechanical Technology，2011（2）：82-84.（in Chinese）[4]姚养无.火炮后坐仿真试验系统及其动力学数值仿真[J].兵工学报，2001，22（2）：152-155. YAO Yang-wu.Numerical simulation and dynamic simulation test system of gunrecoil[J].Acta Armamentarii，2001，22（2）：152-155.（in Chinese）[5]刁中凯.火炮水弹射击方案探讨[J].军械维修工程研究，2001（1）：63-65. DIAO Zhong-kai.Discussion on the shooting scheme of artillery projectile[J].Ordnance Repair Engineering Research，2001（1）：63-65.（in Chinese）[6]邹名高.试论水弹胀膛的机理[J].四川兵工学报，1982（2）：34-36. ZOU Ming-gao.On themechanism of the water projectile bulging [J].Journal of Sichuan Ordnance，1982（2）：34-36.（in Chinese）[7]金志明，袁亚雄，宋明.现代内弹道学[M].北京：北京理工大学出版社，1992. JIN Zhi-ming，YUAN Ya-xiong，SONG Ming.Modern interior ballistics[M].Beijing：Beijing Institute of Technology Press，1992. （in Chinese）[8]傅建平，吕世乐，郑立评，等.火炮水弹试射内弹道分析研究[J].军械工程学院学报，2014，26（2）：21-24. FU Jian-ping，LYU Shi-le，ZHENG Li-ping，et al.Study on the ballisticmissile testof artillery projectile[J].Journal of Ordnance Engineering College，2014，26（2）：21-24.（in Chinese）[9]张相炎，郑建国，杨军荣.火炮设计理论[M].北京：北京理工大学出版社，2005. ZHANGXiang-yan，ZHENG Jian-guo，YANG Jun-rong.Gun design theory[M].Beijing：Beijing Institute of Technology Press，2005.（in Chinese）。
