1.2 身管武器工作原理概述

1.2.1 身管武器发射原理及过程

（1）身管发射原理

身管发射是指利用火药在半封闭的管形容器（称为身管）内燃烧所产生的高温高压燃气膨胀做功，推动被抛射的物体（弹丸）在管内加速运动，弹丸出膛口（炮口、枪口）时获得巨大动能，并作为初始能量，沿身管所赋予的初始射向，以其惯性克服重力和空气阻力的作用飞向预定目标。弹丸所获得的最大速度称为初速。

（2）身管发射过程

由身管发射原理可知，身管发射过程是使火药的部分化学能转化为弹丸的膛口动能的过程，它是由发射时炮弹（枪弹）在身管膛内工作全过程来实现的（图1.1），该过程可分为以下4个阶段：

图1.1 身管发射过程示意图

1—炮闩；2—药筒；3—炮尾；4—弹丸；5—身管；6—弹丸运动；7—弹底压力；8—火药燃气；9—膛底压力

①点火阶段。炮弹（枪弹）入膛后进行击发，利用电能或动能引燃比较敏感的点火药（底火）；底火药的火焰又进一步使点火药燃烧，产生一定温度与压力的气体和灼热粒子喷向药筒（弹壳）内，将发射药点燃。发射药点燃后，生成高温高压火药燃气，在燃气压力不足以推动弹丸运动前，发射药在一定容积的药室内进行定容燃烧。随着发射药不断燃烧，燃气压力不断升高。

②弹丸挤入膛线阶段。火药燃烧产生大量高温高压气体，推动弹丸向前运动，弹带逐渐挤入膛线，弹丸前进的阻力也随之增加。当弹带全部挤进膛线时，阻力达到最大，弹带被刻成沟槽而与膛线完全吻合（有些枪械中，因枪弹无弹带，故靠整个枪弹圆柱表面挤入膛线）。与弹带全部挤入膛线时的最大阻力相应的膛内火药燃气的平均压力（简称膛压）称为挤进膛压p0。

③弹丸在膛内运动阶段。弹带全部挤进膛线后，挤进阻力突然下降，弹丸开始加速向前运动。随着火药继续燃烧，膛内生成的火药燃气在弹丸后部空间猛增，使膛压增大，弹丸速度急剧加快。膛内火药燃气不断生成，有使膛压增大的趋势。随着弹丸运动，弹后容积不断增大，发射药在容积变化的弹后空间里进行变容燃烧，这对发射药燃烧、燃气生成、压力变化、弹丸运动等规律均有直接影响。通过合理设计发射药的形状尺寸、炮膛结构尺寸等来控制膛内压力变化规律，从而控制弹丸的运动规律。一般膛内压力变化规律用膛压曲线表示，如图1.2所示。弹丸在膛内运动一小段距离后出现最大膛压pm。在膛压作用下，弹丸一方面沿炮（枪）管轴线方向向前运动，另一方面又沿着膛线进行旋转运动。同时，正在燃烧的火药和气体也随弹丸一起向前运动，火药燃气也推动炮（枪）身向弹丸行进的反方向运动（称为后坐）。当弹丸底部（或弹带部分）到达炮（枪）口时，弹丸的膛内运动阶段结束。弹底到达炮（枪）口瞬间弹丸所具有的速度称为炮（枪）口速度vg，此时炮（枪）口膛压为pg，弹丸行程为lg。

图1.2 膛内压力（p）、速度（v）随行程（l）的变化曲线

④火药燃气后效作用阶段。弹丸飞出膛口之后，弹后高温高压火药燃气也从膛口喷出。一方面，由于燃气速度大于弹丸的运动速度，从膛口喷出的火药燃气继续作用于弹丸底部，推动弹丸加速前进，直到燃气对弹丸的推力和空气对弹丸的阻力相平衡为止。此时，弹丸的加速度为零，弹丸在膛口前一定距离上达到了最大速度。在火药燃气作用结束之后，弹丸依靠自身的速度和惯性在空气中飞行，并达到预定目标区。由于存在重力、空气阻力，加上气象等条件的影响，弹丸不可能完全按预定计划准确发射到预定目标上，而是散布在围绕目标的一定区域内。另一方面，从膛口喷出的火药燃气继续作用于身管。通常可以通过控制从膛口高速喷出的火药燃气的流动方向及流量来控制其对身管的作用效果。