新一代的大口径坦克炮为了追求穿甲弹弹丸炮口动能通常采用高能发射药及密实的混合装药结构,这就对火炮射击的安全性提出了挑战,特别是低温条件下由于可能存在的火药破碎燃烧会产生的重大的安全事故。本文以某型坦克炮的穿甲弹混合装药的内弹道安全性工程设计为背景,展开数值模拟与试验研究。依据该型火炮点火和装药结构,建立了包含中心点火管在内的多种火药(粒状药、杆状药与管状药)混合装药内弹道双一维两相流数学模型。结合装药的点火、燃烧过程,对其内弹道参量进行了数值模拟,给出了中心点火管内点火燃气的压力、速度等参量的分布和变化规律,并分析了混合装药条件下,膛内气相及各种火药颗粒相的参量分布和变化特征。依据火药颗粒的燃烧机理,从微观角度对火药燃烧的化学反应过程进行了分析,将火药的燃烧简化为固相燃烧热分解和火药燃气间化学反应两类。将复杂的化学反应归并为火药初期分解反应、有关NO2还原反应、有关NO还原反应以及水煤气四类反应。采用化学流体动力学理论建立火药颗粒准稳态燃烧的数学模型。基于火药颗粒的准稳态燃烧数学模型,采用CFD软件Fluent对简单形状的火药燃烧过程进行了数值计算,得到火药颗粒在燃烧过程中燃气组份形成和分解过程,并给出颗粒表面上的压力分布特征。通过火药颗粒燃烧过程表面参数的分布和变化规律分析,给出了颗粒表面不同空间的参量变化特征,为分析火药颗粒的受力及微观燃烧机理提供依据。设计了火药颗粒受撞击挤压破碎的试验装置,试验研究了低温条件下火药颗粒的撞击破碎特征,对火药破碎后形成的破片质量分布进行分析,总结了火药颗粒破碎特征,对火药颗粒受撞击后的应力应变特性进行了分析,指出火药颗粒在超过屈服速度撞击下的破碎必然性。结合火药颗粒的破碎实验结果,通过设定不同的火药颗粒破碎条件下,对其内弹道过程进行了数值模拟,根据计算结果分析药粒破碎对弹道参量的影响。论文通过理论分析、数值仿真和试验研究对复杂装药结构下的大口径坦克炮穿甲弹内弹道过程进行了研究,研究结果为其内弹道的装药安全性设计提供技术依据。