外弹道学是研究弹箭在空中的运动规律、飞行特性及相关问题的科学，在弹箭武器系统设计中具有举足轻重的作用，其飞行弹道表征了弹箭自发射(或投放)至飞达目标全过程的运动轨迹及特性，弹道性能是其武器性能的综合体现。学习、掌握、应用好外弹道学，一个重要目的就是在弹箭研究中将武器性能与各影响因素联系起来进行综合匹配，通过良好的弹道性能展现出来。因此，外弹道学的研究发展同弹箭技术发展密切相关、相辅相成。

弹箭兵器技术的需求、发展，不断促进外弹道理论的深入研究、丰富自身内涵。经典外弹道理论和现代外弹道理论与不同历史阶段、弹箭的发展状况(特点、要求)等紧密关联，具有明显的“时代印记”，现代外弹道理论与技术的发展，标志着弹箭性能水平整体迈上一个新台阶。站在外弹道学发展历史的坐标轴上看，今日的现代外弹道理论也终将成为未来经典外弹道理论，而伴随着未来新型弹箭发展，也必将孕育出新的现代外弹道理论。

概括地讲，对质点和刚体外弹道学的研究形成所谓的经典外弹道理论，指在一定的运动环境条件及假设下，对常规弹箭的运动力学现象和机理认知较为深入、充分，数学力学模型的建立及其求解趋于成熟，应用方面已无大的障碍，依据这些理论所设计的弹箭，其弹道性能已难有大的突破。

对于一些新型弹箭或在新的运动环境条件及假设下(或新的要求)引出的一些新的弹道问题，采用经典外弹道理论已难以适应、解决这些问题，要对这些弹道新问题在机理、技术及工程应用等方面开展全面、深入的研究，形成较为完整的理论体系，即现代外弹道理论。

外弹道学的主要研究内容，大致可分为运动方程组建立、运动稳定性理论、飞行弹道数值计算、外弹道设计、弹箭飞行控制理论与技术、外弹道测试与模拟、射表编制等。

▋建立弹箭运动方程组是外弹道研究的基础，其研究的基本出发点及理论依据是牛顿第二定律和动量矩定理。

有关各类地面和弹上坐标系(为简便矢量方程分解投影)、作用在弹箭上的所有力和力矩、飞行环境条件(如气象条件)与假设(如弹箭为轴对称刚体)等内容都围绕此方面开展，重点是建立合理、适度简化的、符合实际且能满足工程应用的运动方程组。

▋弹箭运动稳定性理论中重点研究不同弹箭在不同飞行环境下的飞行稳定性特性、主要影响因素及其规律。

研究的主要途径是对运动方程组进行必要的简化，以期求出方程的近似解析解(或方程组特征分析)，据此可研究弹箭飞行运动的各类因素影响规律、飞行稳定性条件，建立一些飞行判据等。其中，对运动方程组进行合理、适度的简化，并研究相应的解析解求解(或方程组特征分析)方法、建立飞行稳定性判据，是重点也是难点。

▋飞行弹道数值计算，是指获得各种飞行环境条件下的弹道参数与性能状况，是弹箭外弹道研究与应用最为广泛、形式最多样的内容。

弹道数值计算中，所有方程组中涉及的参数(如初始条件、气动参数、气象参数)及对方程组的简化等，对计算结果都有直接影响。弹道数值计算在实际应用中常遇到许多要求，如需快速计算或针对某些特殊环境条件或特殊弹箭来计算，因此会根据需要，对方程组或算法作一些特殊简化等。对于弹道数值计算，选取合适的运动方程组、确定一套完整的用于计算方程组所需的参数是重点，而要准确获取这些参数(如作用在弹箭上的力和力矩、初始条件等)是难点。此外，积累外弹道数值计算实际应用经验也十分重要。

根据选定的运动方程组、预先确定的一套所需参数进行弹道计算，得到的飞行弹道称为理论计算弹道。然而，在实际发射及飞行过程中，由于受到各种随机误差的影响，弹箭的实际飞行弹道均不同于该理论计算弹道，但通常围绕着该理论计算弹道分布，存在着一定的差异。随着一些新型弹箭(如弹道修正弹)的出现，在现代飞行弹道数值计算研究中，探索将一些随机误差对飞行弹道的影响进行在线辨识，并用某些主要弹道特征参数当量表征，据此实时预报后续飞行弹道，使其极为接近实际弹道，由此出现弹道预报理论与技术，相信随着今后新型弹箭的发展，还会对该技术进行更深入的研究、完善，有良好的应用前景。

▋外弹道设计，是指对于某具体弹箭，根据相关性能要求、环境与使用条件等，针对该弹箭的特点，设计出弹箭结构外形方案，使其飞行弹道性能满足相关性能要求。

这一过程中，核心是在一定要求、条件下，协调好弹箭结构外形参数同诸性能与影响因素之间的匹配关系，重点是掌握、处理好弹与道的关系。以往经典外弹道设计流程的重点放在先根据某要求设计出“弹”结构与外形，“道”也就自然确定了，即先行根据某主要性能(如飞行阻力或终点毁伤等)要求设计出弹结构方案，检验外弹道的其他性能状况(如飞行稳定性等)，再对弹结构参数进行一些适当调整即可，这是以往常用的外弹道设计方法。而这样设计出的弹道，未必是条性能“优良”的弹道。外弹道的性能状况应是弹箭武器性能综合匹配效果的体现，首先应根据弹箭性能要求，综合匹配不同性能与弹箭结构、外形设计参数和一些要求条件间的关系，规划出良好的飞行弹道(甚至总体性能优于要求性能)，据此指导、设计能按此“道”飞行的弹箭结构，也即首先匹配设计出性能优良的“道”，再去设计能按此“道”飞行的“弹”，是学习、掌握现代外弹道设计及其应用中应该采用的方法，也是外弹道设计内容的重点。

▋伴随着制导弹箭的出现，弹箭飞行控制理论与技术成为近年来外弹道学研究的新发展方向之一，研究对象主要是常规兵器领域内身管武器发射的炮弹、火箭弹等可控弹箭。

同已往传统导弹相比，所研究的可控弹箭(特别是炮弹)在发射与飞行中的动力学环境(发射过程的高冲击过载，飞行控制中弹体的摆动、滚转等弹道参数急剧变化，发射前导航装置无法初值对准装定等)、全弹结构布局限制、全弹动力航程裕度及飞行控制能力(炮弹在飞行控制过程中无续航动力、飞行弹道调节能力弱)等方面有很大差异，导致可以上弹应用的导航与控制部件受限，给制导控制体制选取、飞行控制弹道设计、控制方案与控制策略确定等带来较大影响，使弹箭飞行控制面临许多新问题与困难。针对身管武器发射和飞行环境条件及相关性能等要求，弹箭飞行控制理论与技术主要研究可采用的不同制导控制体制及其特点、飞行控制运动方程、弹道特性与规律、不同飞行控制弹道方案与控制策略方法、控制系统与控制器设计、弹箭飞行控制仿真模拟及其在工程应用中的相关问题等。根据相关要求和环境条件，设计出适配炮弹的飞行控制弹道方案及控制策略方法是研究重点。弹箭飞行控制理论与技术的研究，极大地丰富了现代外弹道学的内涵，后续在这个方向上也必将开展更加深入、全面的研究。

▋外弹道测试与模拟，是外弹道学中一项传统内容。

近年来，随着信息化弹箭、超远程和超高速飞行弹箭及一些新型弹箭的不断出现，外弹道测试与模拟出现了许多新需求、新问题、新技术，正在朝测试更加精确、更加精细、实时在线处理性能更佳、可测试参数更加全面多样等方向发展，并且在许多信息化弹箭上得到应用。而外弹道模拟技术则主要致力于使弹箭发射、飞行运动过程及特性尽可能接近实际状况，通过地面装置或设备模拟再现出来。如何在地面尽可能接近弹箭的实际运动全过程状况来进行模拟仿真、检测调试，是外弹道模拟仿真的难点。

▋射表编制也是外弹道学实际应用中的一项经典内容。

对于某一弹箭，射表是根据任务要求和条件，用来确定射击诸元及相关特征弹道参数的文件，其功能在于指示主要飞行弹道参数，作战时能快速、准确地帮助确定射击诸元。其中，如何获取较准确、全套的编表所需弹道参数(如气动参数等)，是射表编制的难点。近些年来，出现了一些可飞行控制的新型弹箭，相应地，其射表也赋予了新的形式和内涵，虽然主要作用不变，但功能和内涵则有所扩充(还需含有射前根据作战任务和条件确定的弹道规划的主要特征参数等)，在作战时能迅速帮助确定射击诸元及一些主要飞行控制特征参数。有关这些方面的新内容，本书有所介绍。

▋作者研究团队近40年从事外弹道理论研究与弹箭装备研制的科研成果：《现代外弹道学》

弹箭技术迅猛发展，给外弹道学研究提出许多新问题、新需求，也使得外弹道学研究内容不断丰富。多年来，作者重点围绕新型弹箭的运动方程组及数值模拟仿真(包括弹道预报和弹道特征参数辨识)、外弹道设计、外弹道相似性、弹道修正、炮弹飞行制导控制等外弹道理论与技术开展研究。为不断丰富外弹道学内涵，将其更好地应用于弹箭兵器科学技术，作者基于近年来在外弹道理论与技术方面的研究成果，撰写了（王中原等著. 北京：科学出版社，2024.1）。

本书主要针对弹箭的外弹道设计、弹道修正与弹道控制、滑翔增程技术等理论问题，着重对现代外弹道设计方法、外弹道相似性理论、弹箭主要增程技术、弹道参数辨识与弹道预报方法、炮弹弹道修正理论与技术、制导炮弹滑翔弹道规划与组合制导方法等内容进行介绍，这些内容反映了现代外弹道学的一些最新研究成果。本书内容突出基础理论的工程应用，以期为我国弹箭技术的研究提供一定的指导与参考。

考虑到这些新内容同外弹道学中已有的许多研究内容(如外弹道学中常用坐标系、一般弹箭外弹道运动方程组的建立、飞行稳定性理论等)在体系上的传承性、关联性，同时为使全书内容在层次与脉络上更加清晰、体系更加完整、衔接上更紧密，全书内容由浅入深，便于读者阅读掌握，作者也将外弹道学中一些基本理论与问题汇入本书，并对这些内容的有些部分进行了拓展研究或应用分析说明。

学习外弹道学，研究弹箭的飞行弹道运动规律和特性，目的是在工程研制中对各类弹箭的研究能很好地应用这些理论与规律等。其中，根据外弹道学各部分内容的研究过程思路与要素，结合所遇问题的具体要求、特点、条件等，将外弹道问题作适当假设、简化等(或者说，熟悉并应用外弹道学中各方面问题研究的思路与要领、处理方法与策略)，是研究人员在学习并将外弹道学应用于实际中常要面临并需掌握的。此外，外弹道学除了与数学、物理等基础理论学科紧密关联之外，还与空气动力学、高等动力学、飞行力学、数值计算技术、制导与控制理论、气象学等许多相关学科密切关联。研究人员要学习、掌握并在实践中对外弹道理论与技术有较好的应用，熟知这些相关学科内容是必要的。

本文摘编自《现代外弹道学》（王中原等著. 北京：科学出版社，2024.1）一书“绪论”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978 7 03 076298 6

责任编辑：许 健

本书以弹箭设计及飞行仿真所需的外弹道理论和方法为主线，在系统阐述外弹道学基本知识、弹箭飞行稳定性理论的基础上，着重介绍现代外弹道设计方法、外弹道相似性理论、外弹道减阻与增程技术、弹道参数辨识方法与弹道预报技术、炮弹弹道修正理论与技术、制导炮弹滑翔弹道规划与组合制导控制方法等内容。本书总结凝练了作者研究团队近40年从事外弹道理论研究与弹箭装备研制的科研成果，在详细阐述理论与方法的基础上，突出工程应用，满足现代弹箭外弹道设计与仿真的需要。

本书涵盖弹箭外弹道学理论与技术方向的最新研究成果，可供高等院校兵器科学与技术学科相关专业的研究生和高年级本科生学习参考，也可作为从事弹箭外弹道学、飞行力学、火炮、弹药、火控、引信、制导等专业科技人员的参考书。

【现代火炮技术丛书】

（本文编辑：刘四旦）

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品味

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学