新概念武器发射原理

《新概念武器发射原理》主要针对近几十年来武器系统发射领域中出现的新原理、新理论和新方法，论述新概念武器系统的工作过程和发射原理。主要内容包括内弹道流体动力学理论基础、轻气炮内弹道理论、液体发射药火炮内弹道理论、电磁发射原理及内弹道模型、电热化学炮发射原理、随行装药发射原理、埋头弹药发射原理和冲压加速发射原理等。
　　本书可作为武器发射工程专业的本科生专业课教材，也可供相关专业的研究生和从事武器发射研究工作的科技人员参考和使用。

绪论
第1章  内弹道流体动力学理论基础
  1.1  流体动力学基本方程
    1.1.1  质量体和控制体
    1.1.2  局部导数和随体导数
    1.1.3  雷诺输运定律
    1.1.4  质量体上的动力学方程
    1.1.5  控制体上的守恒方程
    1.1.6  流体动力学微分型基本方程
  1.2  气体超声速流动的特征线
    1.2.1  特征线的基本概念
    1.2.2  偏微分方程的特征线理论
    1.2.3  一维非定常等熵流动的特征线
  1.3  内弹道一维两相流基本方程
    1.3.1  基本假设
    1.3.2  一维变截面管内两相流基本方程
第2章  轻气炮内弹道理论
  2.1  影响弹丸初速的基本因素
  2.2  弹丸可能速度
    2.2.1  定常假设下的极限速度
    2.2.2  经典内弹道理论的弹丸极限速度
    2.2.3  非定常等熵假设下的逃逸速度
    2.2.4  三种极限速度的讨论
  2.3  膛内气体压力扰动的传播
    2.3.1  膛内气体压力扰动传播的定性分析
    2.3.2  声惯性
  2.4  提高弹丸初速的理想工质
    2.4.1  增大逃逸速度
    2.4.2  减小声惯性
  2.5  一级轻气炮
    2.5.1  一级轻气炮的工作原理
    2.5.2  -级轻气炮内弹道模型
  2.6  二级轻气炮
    2.6.1  二级轻气炮的工作原理
    2.6.2  二级轻气炮的数学模型
    2.6.3  二级轻气炮参量对发射性能的影响
第3章  液体发射药火炮内弹道理论
  3.1  概述
  3.2  液体发射药火炮的内弹道循环
    3.2.1  整装式液体发射药火炮的内弹道循环
    3.2.2  再生式液体发射药火炮的内弹道循环
  3.3  液体燃料的物理化学性能
    3.3.1  液体燃料的分类及其理化性能
    3.3.2  液体燃料性能的基本要求
  3.4  再生式液体发射药火炮的再生喷射结构
  3.5  再生式液体发射药火炮内弹道零维模型
    3.5.1  内弹道模型应考虑的因素
    3.5.2  物理模型及基本假设
    3.5.3  基本方程
    3.5.4  再生式液体发射药火炮内弹道封闭方程组
    3.5.5  初始条件
  3.6  再生式液体发射药火炮内弹道拉格朗日问题
    3.6.1  气动力数学模型和速度分布
    3.6.2  弹后空间压力分布
    3.6.3  弹后空间的平均压力
  3.7  再生式液体发射药火炮气液两相流内弹道模型
    3.7.1  物理现象和基本假设
    3.7.2  数学模型
第4章  电磁发射原理及内弹道模型
  4.1  电磁发射概念、意义及应用前景
    4.1.1  电磁炮的发展概况
    4.1.2  电磁炮的优点及应用前景
    4.1.3  电磁炮的关键技术
  4.2  电磁炮的分类
    4.2.1  导轨炮
    4.2.2  线圈炮
    4.2.3  重接炮
  4.3  电磁导轨炮的内弹道模型
    4.3.1  固体电枢内弹道方程组
    4.3.2  等离子体电枢内弹道方程组
  4.4  箍缩电磁炮
    4.4.1  箍缩电磁炮的概念
    4.4.2  箍缩电磁炮的理论模型
第5章  电热化学炮发射原理
  5.1  电热炮的基本概念
  5.2  受约束高压放电等离子体的基本特性
    5.2.1  等离子体存在的基本条件
    5.2.2  等离子体状态方程
    5.2.3  等离子体的宏观方程
  5.3  化学工质的选择及其热化学性能
    5.3.1  化学工质的分类
    5.3.2  工质的热化学特性
  5.4  等离子体与化学工质的相互作用
    5.4.1  化学工质的反应速率
    5.4.2  影响化学工质反应速率的因素
    5.4.3  化学工质反应速率对内弹道性能的影响
  5.5  电热化学炮内弹道经典模型
    5.5.1  放电管等离子体数学模型
    5.5.2  燃烧室内弹道数学模型
  5.6  电热化学炮内弹道一维两相流模型
    5.6.1  物理模型
    5.6.2  放电管内等离子体一维流动数学模型
    5.6.3  燃烧室一维两相流数学模型
第6章  随行装药发射原理
  6.1  随行装药基本概念
    6.1.1  随行装药效应
    6.1.2  随行装药的类型
    6.1.3  随行装药研究发展现状
  6.2  随行装药关键技术
    6.2.1  随行技术
    6.2.2  点火延迟时间控制技术
    6.2.3  高燃速火药技术
  6.3  固体随行装药经典内弹道模型
    6.3.1  内弹道过程的物理描述
    6.3.2  建立固体随行装药经典内弹道模型
  6.4  液体随行装药内弹道一维两相流模型
    6.4.1  物理模型
    6.4.2  数学模型
    6.4.3  计算结果及分析
第7章  埋头弹药发射原理
  7.1  埋头弹药基本概念
    7.1.1  埋头弹药特点
    7.1.2  埋头弹药研究发展状况
  7.2  埋头弹药发射原理
  7.3  埋头弹药关键技术
    7.3.1  二次点火技术
    7.3.2  旋转药室技术
    7.3.3  高压动态密封技术
  7.4  埋头弹药经典内弹道模型
    7.4.1  埋头弹药内弹道过程的主要特点
    7.4.2  基本假设
    7.4.3  数学模型
  7.5  埋头弹药内弹道两相流模型
    7.5.1  物理模型及基本假设
    7.5.2  数学模型
  7.6  埋头弹药内弹道优化设计
    7.6.1  内弹道优化设计过程
    7.6.2  模式搜索法
    7.6.3  模拟退火算法
    7.6.4  遗传算法
  7.7  埋头弹药结构设计
    7.7.1  装药结构设计
    7.7.2  旋转药室结构设计
    7.7.3  高压动态密封结构设计
第8章  冲压加速发射原理
  8.1  概述
  8.2  冲压加速原理及工作模式
    8.2.1  冲压加速原理概述
    8.2.2  冲压加速工作模式
  8.3  混合气体工质
    8.3.1  混合气体种类及热力学性质
    8.3.2  混合气体的燃烧实验
    8.3.3  混合气体的高压不稳定燃烧分析
    8.3.4  频谱分析
    8.3.5  混合气体工质的C-J爆轰速度
  8.4  亚声速燃烧热节制推进一维内流场数值模拟
    8.4.1  基本假设
    8.4.2  平衡化学一维数学方程
    8.4.3  计算结果分析
  8.5  亚爆轰推进一维模型的解析解
    8.5.1  无量纲推力表达式
    8.5.2  弹道效率与推力压力比
  8.6  冲压加速过程的测试技术
    8.6.1  测试方法
    8.6.2  三种工作模式实验结果分析
    8.6.3  冲压加速气动力分析
参考文献 

　　随着军事科学技术的发展，特别是当高新技术应用于军事科学领域，出现了众多以新概念、新能源为关键技术的武器发射新原理，如轻气炮发射原理、液体发射药火炮内弹道理论、随行装药发射原理和埋头弹药发射原理等。
　　本书是为“新概念武器发射原理”课程编写的，全面介绍武器系统发射领域中的新原理、新理论和新方法，主要论述新概念武器系统的工作过程和发射原理，是武器发射工程专业的必修课教材。书中综合运用内弹道学、工程热力学及流体力学等基础理论知识，注重揭示新概念武器系统的基本发射原理，阐明数学建模的基本思想和处理方法，密切关注新概念发射领域的新进展、新趋势。本书主要针对武器发射工程专业学生，系统而全面地介绍新概念武器系统的种类特点、发射方式、工作原理和发展趋势，以及相关专业领域的主要研究内容、研究方法和研究成果。全书共分8章。
　　第1章主要介绍内弹道流体动力学理论基础，包括流体运动的基本概念和基本方程，作为后续章节学习的基础。
　　第2章主要讲述轻气炮内弹道理论，在讨论影响弹丸初速的基本因素、膛内气体压力扰动传播过程的基础上，得出轻质气体是提高弹丸初速的理想工质，并论述一级轻气炮和二级轻气炮的工作原理及内弹道模型。
　　第3章主要讲述液体发射药火炮内弹道理论，包括液体发射药火炮的内弹道循环、液体燃料的物理化学性能、再生式液体发射药火炮的再生喷射结构、内弹道零维模型和气液两相流动模型等内容。
　　第4章主要讲述电磁发射原理，着重讨论电磁炮的关键技术及分类、电磁导轨炮的内弹道模型和箍缩电磁炮的理论模型。
　　第5章讲述电热化学炮发射原理，包括化学工质的选择及其热化学性能、等离子体与化学工质的相互作用、电热化学炮内弹道经典模型及一维两相流模型等理论知识。
　　第6章是随行装药发射原理，探讨随行装药基本概念、随行装药关键技术、固体随行装药经典内弹道模型及液体随行装药内弹道一维两相流模型。
　　第7章主要讲述埋头弹药发射原理，包括埋头弹药的基本概念、发射原理、关键技术和内弹道模型等基本内容。
　　第8章讲述冲压加速发射原理，在介绍冲压加速原理及工作模式、混合气体工质种类及热力学性质的基础上，讨论亚声速燃烧热节制推进一维内流场数值模拟和亚爆轰推进一维模型的解析解，后对冲压加速过程的测试技术做了简单介绍。
　　在内容的讲解上，本书力求物理概念清晰，数学推导严谨，尽可能把严密的数学方法与工程实际相结合，注意引导学生联系工程应用，使学生对新概念发射领域中所涉及的技术及原理有一个系统而全面的了解，掌握武器系统发射领域的新原理、新理论和新方法，拓宽所学专业的知识面，在培养创新思维、增强创新意识、提高专业素养等方面得到锻炼，提高自学能力和综合运用所学专业知识分析问题、解决问题的能力。
　　在本书的编写过程中，得到南京理工大学内弹道教研室老师的热情关怀和帮助。金志明教授编著的《高速推进内弹道学》，周彦煌教授、王升晨研究员在1990年出版的《实用两相流内弹道学》，王金贵先生编著的《气体炮原理及技术》以及王莹教授、肖峰研究员编著的《电炮原理》都是本书在编著过程中重要的参考书。在这里对前辈们长期以来的辛勤工作表示崇高的敬意。书中引用的一些素材直接来源于国内外学者们的研究成果，在此对原作者表示谢意。感谢北京航空航天大学出版社赵延永、蔡喆为本书的出版付出的辛勤劳动。
　　由于作者的水平有限，书中难免存在缺点和不足之处，敬请广大读者及专家给予批评指正。
　　作者
　　2014年10月