壓縮空氣式彈射裝置也叫提拉式彈射裝置（Lift ejection device），它是將作為能源的壓縮空氣貯存在高壓氣罐(高壓室)中，通過復(fù)雜的閥門管路系統(tǒng)控制進(jìn)入發(fā)射筒(低壓室)的壓縮空氣量，使目標(biāo)體能按規(guī)定的加速度及筒口速度彈射出筒。壓縮空氣彈射的優(yōu)點(diǎn)有：壓縮氣體瞬間膨脹性大、功率密度高；彈射壓力變化平穩(wěn)；工質(zhì)溫度低，無需熱防護(hù)措施；內(nèi)彈道簡單可控；隱蔽無光，有利于提高生存能力、成本低廉等。
壓縮空氣彈射系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多種飛行器的冷發(fā)射，可應(yīng)用于探空、彈道及運(yùn)載發(fā)射、無人機(jī)等，可提升其飛行高度或航程，可替代易爆、有污染的彈射系統(tǒng)。如果將彈射器用作無人機(jī)的輔助起飛動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)在特殊環(huán)境下起飛，可擴(kuò)大飛行半徑和巡航時(shí)間等目的。特別是對于復(fù)雜氣候條件下的艦載無人機(jī)，彈射是首要選擇的起飛方式，目前國外壓縮空氣彈射器尚無技術(shù)細(xì)節(jié)報(bào)道，國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也尚未有成熟的壓縮空氣彈射器樣機(jī)或產(chǎn)品報(bào)道，因此，研發(fā)彈射器具有極為重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
近日，工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心在壓縮空氣彈射研究方面取得重要進(jìn)展，完成了壓縮空氣彈射器的研制、集成與測試，并完成了該彈射器在無人機(jī)的彈射起飛中的應(yīng)用測試工作。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)開展了系統(tǒng)性的理論與實(shí)驗(yàn)研究、以及彈射器樣機(jī)的研制工作。開展彈射系統(tǒng)的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握彈射器總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；搭建壓縮空氣彈射原理實(shí)驗(yàn)臺，獲得詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；開展非穩(wěn)態(tài)計(jì)算流體力學(xué)仿真研究，揭示彈射過程壓縮氣體作用機(jī)理；開展壓縮空氣彈射樣機(jī)的研制，針對無人機(jī)應(yīng)用場景，完成了彈射測試，具備工程化應(yīng)用的能力。
壓縮空氣彈射原理實(shí)驗(yàn)臺以及彈射速度如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)臺彈射加速度可達(dá)40g以上，彈射速度達(dá)70m/s以上。通過非穩(wěn)態(tài)計(jì)算流體力學(xué)研究獲得了彈射過程的空氣壓力分布與速度分布隨時(shí)間的變化，闡明了壓縮空氣的作用過程與加速度變化規(guī)律。進(jìn)一步開展了彈射器的研制，圖2為設(shè)計(jì)圖，圖3為實(shí)物圖，彈射器滑軌角度可調(diào)，圖3 a)為無人機(jī)彈射準(zhǔn)備階段，b)為彈射完畢，無人機(jī)脫離彈射器起飛。彈射測試結(jié)果如圖4所示，通過動(dòng)態(tài)壓力變送器測得的彈射過程空氣壓力變化，通過高頻加速度傳感器以及速度傳感器測試彈射過程的速度與加速度。該彈射器彈射50kg的無人機(jī)，加速度達(dá)10g以上，彈射速度達(dá)21m/s以上，超過了該類型無人機(jī)的失速速度，能夠使之順利起飛。
通過不同條件的多次測試顯示該彈射器的彈射時(shí)間為100～500ms，一次彈射準(zhǔn)備時(shí)間2～3分鐘，設(shè)備成本低，單次彈射成本低，重復(fù)性好。