曹岳進
斜拋運動是將物體以一定的初速度沿與水平方向成一定角度拋出,當不考慮空氣阻力時,物體所做的勻變速曲線運動.跟平拋運動一樣,斜拋運動的軌跡也是一條拋物線.以拋出點為坐標原點,水平方向為x軸,豎直向上為y軸正方向,建立平面直角坐標系,則:
這里忽略了空氣阻力的影響,如當物體的初速度較小時就可以忽略空氣阻力的影響.但是當物體的初速度很大時,如射出的子彈、炮彈,空氣阻力的影響很大,子彈或炮彈的運動軌跡不再是拋物線,通常稱為“彈道曲線”,如圖1所示.斜拋射出的炮彈的射程和射高都沒有按拋體計算得到的值那么大,當然路線也不會是理想曲線.
彈頭飛行時其重心所經(jīng)過的路線叫做“彈道曲線”.由于重力作用和空氣阻力的影響,使彈道形成不均等的弧形.升弧較長而直伸,降弧則較短而彎曲.軍事科學(xué)上有一門學(xué)科叫做外彈道學(xué).外彈道學(xué)專門研究彈頭在空中運動的規(guī)律,例如彈頭的重心運動、穩(wěn)定性等也都會影響到彈道曲線.物體在空氣中運動受到的阻力,與物體運動速率的大小有密切關(guān)系:物體的速率低于200m/s時,可認為阻力與物體速率大小的平方成正比;速率達到400 - 600m/s時,空氣阻力和速率大小的三次方成正比;在速率很大的情況下,阻力與速率大小的高次方成正比.總之,物體運動的速率越小,空氣阻力的影響就越小,拋體的運動越接近理想情況.例如,不計空氣阻力,某低速迫擊炮的理想射程是360 m,實際上能達到350 m,空氣阻力的作用處于次要地位;加農(nóng)炮彈的速度很大,在不計阻力時計算的理想射程能達46 km,而實際只能達到13 km,空氣的阻力是不能忽視的.
彈道學(xué)是研究各種彈丸或拋射體從發(fā)射起點到終點的運動規(guī)律及伴隨發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科.彈丸從起點到終點要經(jīng)歷起動、推進、在空中運動、對目標作用等不同的過程,并在不同環(huán)境中有不同的運動規(guī)律,產(chǎn)生不同的現(xiàn)象.
早期,由于彈道學(xué)的理論基礎(chǔ)——力學(xué)正開始發(fā)展,彈道學(xué)僅局限于研究拋射體運動軌跡的力學(xué)范疇.隨著彈道測量技術(shù)及各基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展,彈道學(xué)研究的內(nèi)容逐步擴充,發(fā)展成為涉及固體力學(xué)、氣體動力學(xué)、空氣動力學(xué)、液體力學(xué)、彈塑性力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、燃燒理論及爆炸力學(xué)等學(xué)術(shù)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科,并相繼形成了不同的分支學(xué)科,主要分為內(nèi)彈道學(xué)、中間彈道學(xué)、外彈道學(xué).
內(nèi)彈道學(xué)研究發(fā)射過程中槍炮膛內(nèi)及火箭發(fā)動機內(nèi)的火藥燃燒、物質(zhì)流動、能量轉(zhuǎn)換、彈體運動和其他有關(guān)現(xiàn)象及其規(guī)律的學(xué)科.
中間彈道學(xué)是研究彈丸穿越槍炮膛口流場時的受力和運動規(guī)律,以及伴隨膛內(nèi)火藥燃氣排空過程發(fā)生的各種現(xiàn)象的彈道學(xué)分支學(xué)科.
外彈道學(xué)是研究彈丸或拋射體在空中的運動規(guī)律及有關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科.槍彈、炮彈、火箭彈和航空炸彈等在空中飛行時,由于受空氣阻力、地球引力等力的作用,不斷改變其運動速度、方向和飛行姿態(tài),火箭彈在其發(fā)動機T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(chǎn)生影響.通??梢詫椡璧倪\動分解為質(zhì)心運動和圍繞質(zhì)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(xué)的研究內(nèi)容主要包括:彈丸或拋射體在飛行中的受力狀況,彈丸質(zhì)心運動、繞心運動的規(guī)律及其影響因素,外彈道規(guī)律的實際應(yīng)用等.它涉及理論力學(xué)、空氣動力學(xué)、大氣物理和地球物理等基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域,在武器彈藥的研究、設(shè)計、試驗和使用上占有重要的地位.
彈道學(xué)是武器設(shè)計和使用的理論基礎(chǔ).研究彈道學(xué)的目的在于應(yīng)用全彈道的觀點在理論上和實踐上指導(dǎo)武器的設(shè)計、使用和改進,使武器在最優(yōu)化條件下達到預(yù)期的射程、射擊精度和戰(zhàn)術(shù)效果,并保證重復(fù)射擊性能的一致性.這種指導(dǎo)作用,說明了彈道學(xué)在研究發(fā)射武器的各有關(guān)學(xué)科中占有重要的地位.