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力后，膜片Ⅰ破裂，此时火药气体开始推动活塞运动，由活塞压缩和加热轻质气
体。活塞运动速度由装药量和活塞的质量来控制，若活塞运动速度较慢，则对轻
质气体压缩过程比较缓慢，此过程可以当作绝热过程来处理。在活塞的作用下，
轻质气体的压力不断上升，当达到一定值之后可以使膜片Ⅱ破裂，此时刻弹丸在
轻质气体作用下沿着身管运动，并最终获得极高的弹丸速度。
在二级轻气炮中，轻气室（即泵管）中的气体声速大于活塞左边药室中的火
药燃气的声速， 此种状况下轻气室中气体做功的能量来自药室中火药燃烧所释放
的能量，活塞充当传递药室能量的工具，活塞的惯性使它在消耗后面火药气体内
能的同时，又把前面的轻气压缩到很高的内能。由此可见，二级轻气炮提供了加
热气体工质的方法，也提供了在弹丸后面保持恒压的手段。 图 2.3 表示了二级轻气炮内弹道过程的各个阶段。（a）至（b）过程是从火
药点燃后开始到膜片Ⅱ破裂之前的状况。火药燃烧后，药室压力急剧上升达到膜
片Ⅰ破裂，活塞从静止开始运动，剧烈压缩前方泵管内的轻质气体，使得弹底的
平均压力同样增加，当弹底压力超过膜片Ⅱ的压力后，膜片Ⅱ破裂，此时弹丸开
始运动。（c）所示的过程是弹丸运动后活塞继续压缩轻质气体，直到进入高压段
开始变形后，由于受到锥形壁摩擦和挤压，以及前端气体压力所形成的阻滞力共
同作用而不断减速直至停止运动。（d）所示情况，活塞静止后，轻质气体进一步
膨胀，继续加速弹丸，直至弹丸飞出管口，整个发射过程结束。
由以上发射过程可以看出，二级轻气炮发射时有以下特点：
（1）要选择分子量小、声速高、 值小的气体作为工作介质（例如氢气） 。
在发射前，注入轻气室中的轻质气体具有一定的初始压力，当活塞左端药室内的
火药点燃后，产生高温高压的火药气体，达到一定压力后即冲破膜片，火药气体
推动活塞，由活塞压缩和加热轻质气体。这样轻气室内被压缩的气体能够获得比在单药室中用化学或用电方法加热的气体工作所获得的声速要高得多。
（2）选择活塞作为提高弹速的传递工具。轻气室中气体做功的能量来自药
室中火药燃烧所释放出的能量，活塞只充当一个传递药室能量的有效工具。活塞
的惯性使它在消耗后面火药气体中的内能同时，又把前面的轻质气体压缩到很高
的内能，从而可以很有效的提高弹底平均压力，以此提高弹丸速度。
二级轻气炮将发射过程分为两个部分，这两个部分既彼此独立，又相互影响。
发射段是在火炮段的基础上完成的，因此发射过程比通常的火炮发射过程复杂。
依靠实验无法知道两个部分过程连接的细节，所以为了能够有效分析和解决发射
过程中出现的种种问题，有必要对二级轻气炮实际工作过程进行数值模拟。
2.5 本章小结
本章描述了二级轻气炮发射装置的结构、工作原理和发射过程。从这种设备
的诞生和发展过程入手， 详细的介绍了二级轻气炮的工作原理和不同发射过程中
各个结构的状态，最后总结了它在整个发射过程中特有的技术特点。为下一章建
立它的内弹道数学物理模型做准备。 3 二级轻气炮内弹道模型
3.1 引言
二级轻气炮的内弹道问题很复杂，它涉及到两个气室内的压力变化以及活塞
和弹丸的运动规律。尤其是压缩轻质气体的过程，实际情况是由于活塞的运动，
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