壓縮空氣彈射在武器系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述*

趙芳，王太江，陳欽，任澤斌

(中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)研究所，四川 綿陽(yáng) 621000)

0 引言

通常而言，壓縮空氣彈射系統(tǒng)主要由高壓儲(chǔ)氣罐(或壓縮氣瓶組)、供氣閥門、供氣管道、彈射筒(或稱作動(dòng)筒)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，應(yīng)用領(lǐng)域的不同使得彈射系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)形式存在差異，但其工作基本原理是一致的：被彈射物體置于彈射筒內(nèi)，利用高壓儲(chǔ)氣罐或壓縮氣瓶組儲(chǔ)存彈射能量，經(jīng)供氣閥門控制進(jìn)入彈射筒底部，當(dāng)發(fā)射筒底部壓力形成的總推力超過(guò)被彈射物重力與彈射阻力(包括摩擦力)的總和之后，被彈射物開始運(yùn)動(dòng)，并在迅速增大的筒內(nèi)壓力作用下高速運(yùn)動(dòng)后彈射出筒，如需回收彈射筒內(nèi)彈射裝置，則通過(guò)出口設(shè)置的制動(dòng)裝置制動(dòng)減速回收[1-3]。

壓縮空氣彈射系統(tǒng)采用常溫壓縮空氣作為彈射工質(zhì)，彈射過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生高溫及有毒有害氣體，系統(tǒng)使用安全性高、成本低、無(wú)污染；系統(tǒng)原理相對(duì)簡(jiǎn)單，通用性好；此外，系統(tǒng)彈射時(shí)間短，壓縮空氣瞬間釋放的能量較大，使得系統(tǒng)彈射速度快。憑借上述諸多優(yōu)點(diǎn)，壓縮空氣彈射系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于?；?、陸基、空基武器系統(tǒng)等領(lǐng)域，包括魚雷發(fā)射、導(dǎo)彈與火箭的冷發(fā)射、火箭彈冷發(fā)射及無(wú)人機(jī)彈射等[4-6]。

考慮到壓縮空氣彈射的多用途性及多種類性，特定需求的壓縮空氣彈射系統(tǒng)應(yīng)用及研制需要借鑒國(guó)內(nèi)外已有的成功經(jīng)驗(yàn)。本文對(duì)壓縮空氣彈射具體的應(yīng)用研究領(lǐng)域進(jìn)行了概述，并對(duì)其在應(yīng)用領(lǐng)域中存在的技術(shù)難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，研究工作為行業(yè)內(nèi)的學(xué)者們提供借鑒參考。

1 應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 ?；淦飨到y(tǒng)

壓縮空氣彈射(基本系統(tǒng)原理如圖1所示)最初主要用于魚雷的外力發(fā)射，所謂外力發(fā)射[7-9]，也稱冷發(fā)射，是相對(duì)自力發(fā)射而言，自力發(fā)射指的是魚雷(也可指彈射物，包括導(dǎo)彈、火箭、彈藥等)通過(guò)自身攜帶的推進(jìn)劑產(chǎn)生推力來(lái)獲取速度；而外力外射，指的是發(fā)射依靠外部動(dòng)力(文中指壓縮空氣)使魚雷(被彈射物)彈出發(fā)射裝置，到達(dá)一定距離后，魚雷自身點(diǎn)火而實(shí)施發(fā)射。

圖1 壓縮空氣彈射系統(tǒng)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of compressed-air ejection system

早在1866年，英國(guó)工程師羅伯特-懷特黑德成功研制出第一枚魚雷，該魚雷利用高壓儲(chǔ)罐中的高壓空氣來(lái)帶動(dòng)單螺旋槳推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)艇速3 m/s，射程180～640 m[7-9]。常規(guī)的魚雷氣動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)包括壓縮空氣系統(tǒng)(充氣閥、過(guò)濾器、高壓氣瓶、安全閥、發(fā)射閥)、緩沖器、前蓋氣路互鎖閥、助推器(伸縮式?jīng)_壓器)、電磁閥、魚雷制動(dòng)器及氣路互鎖閥、排氣閥及相關(guān)連接管路組成[7-9]。系統(tǒng)基本原理為：采用壓縮空氣作為彈射動(dòng)力源，發(fā)射時(shí)壓縮空氣通過(guò)發(fā)射閥控制進(jìn)入伸縮沖壓器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)膨脹作功，使沖壓器快速伸出，進(jìn)而推動(dòng)武器出管；自航發(fā)射時(shí)沖壓器打開魚雷扳機(jī)栓，并啟動(dòng)魚雷電機(jī)工作，帶動(dòng)螺旋漿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)自航發(fā)射[7-9]，魚雷發(fā)射實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 魚雷發(fā)射實(shí)物圖Fig.2 Torpedo launch photo

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類新型的彈射技術(shù)應(yīng)用到海陸空武器系統(tǒng)中，但魚雷中的壓縮空氣彈射系統(tǒng)憑借其自身優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)今仍然廣泛服役于各國(guó)海軍的魚雷發(fā)射裝備中，典型代表型號(hào)是美國(guó)的MK-32型魚雷發(fā)射裝置，該魚雷發(fā)射氣瓶容積為0.015 m3，工作壓力為8.5～14 MPa，發(fā)射的主要魚雷型號(hào)為口徑324 mm的MK-44型，魚雷出口速度達(dá)到13 m/s[10-12]。

壓縮空氣彈射在?；淦飨到y(tǒng)中的另一項(xiàng)重要應(yīng)用在于艦載、潛載導(dǎo)彈的冷發(fā)射；采用壓縮空氣彈射導(dǎo)彈，不需要考慮燃?xì)馕擦鲗?duì)彈射裝置帶來(lái)的沖刷、燒蝕及導(dǎo)流等問(wèn)題，發(fā)射物體可靠近彈射裝置。此外，導(dǎo)彈采用冷發(fā)射技術(shù)，可以大幅提高自身的出筒速度，大大提升潛載、艦載導(dǎo)彈的攻擊性能[4]。

典型的應(yīng)用案例包括美國(guó)的“喬治-華盛頓”號(hào)潛艇裝備的“北極星A-1”潛射導(dǎo)彈(發(fā)射過(guò)程如圖3所示)，采用了MK-15型壓縮空氣彈射系統(tǒng)，該系統(tǒng)氣源由16個(gè)超高壓壓縮空氣鋼瓶提供，壓縮空氣總儲(chǔ)存量達(dá)到了15 m3，通過(guò)高壓空氣的彈射，導(dǎo)彈出水速度達(dá)到49 m/s，明顯提升了導(dǎo)彈的打擊能力[13-16]；此外，俄羅斯SS-N-27，SS-N-19等反潛導(dǎo)彈均采用了垂直冷發(fā)射系統(tǒng)；我國(guó)現(xiàn)有的054A型護(hù)衛(wèi)艦同樣采用了壓縮空氣彈射裝置[1]。

1.2 陸基武器系統(tǒng)

采用壓縮空氣作為彈射工質(zhì)，工作原理較為簡(jiǎn)單，但彈射效率較低，常規(guī)的彈射對(duì)象質(zhì)量在數(shù)十噸甚至更大，造成彈射消耗大量的空氣，導(dǎo)致彈射系統(tǒng)龐大而笨重，因此早期的壓縮空氣彈射系統(tǒng)不適宜用于陸基武器系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)發(fā)射，但可應(yīng)用于導(dǎo)彈的地下井發(fā)射[1]。蘇聯(lián)第4代液體遠(yuǎn)程導(dǎo)彈SS-17，SS-18及SS-19均采用了井下冷發(fā)射方式，通過(guò)壓縮空氣提供的彈射動(dòng)力源，將裝于托座上的導(dǎo)彈推出井口，實(shí)現(xiàn)托座與彈體的脫離，之后導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)再點(diǎn)火飛行[3,15]。

圖3 “北極星A-1”潛射導(dǎo)彈發(fā)射圖Fig.3 North Star A-1 missile launch photo

隨著陸基武器系統(tǒng)及壓縮空氣彈射技術(shù)的發(fā)展，壓縮空氣彈射的應(yīng)用從最初的導(dǎo)彈井下冷發(fā)射拓展至超近程防御武器系統(tǒng)發(fā)射、無(wú)人機(jī)彈射等。

超近程防御武器系統(tǒng)的名詞概念起源于坦克裝甲車輛的防御，是一種用于打擊或摧毀距離被保護(hù)目標(biāo)200 m范圍內(nèi)的子母彈、末敏彈等相關(guān)威脅物的武器防衛(wèi)系統(tǒng)，例如榴彈炮及大口徑火箭炮等[10,17]。超近程防御武器系統(tǒng)采用壓縮空氣作為彈射動(dòng)力源，相對(duì)于自力發(fā)射，其優(yōu)勢(shì)在于避免了彈藥推進(jìn)劑燃燒帶來(lái)的燃?xì)馍淞鳑_擊問(wèn)題，在提高彈藥的初速與有效載荷的同時(shí)，又不會(huì)產(chǎn)生較大的紅外特征，而且還滿足超近程防御作戰(zhàn)反應(yīng)速度快、紅外特征小等要求[10,17]。常用的超近程防御武器系統(tǒng)壓縮空氣彈射裝置如圖4所示，該裝置通過(guò)電磁鐵閉鎖機(jī)構(gòu)來(lái)控制發(fā)射，基本工作原理在于：彈藥在閉鎖體的作用下緊貼壓縮氣瓶泄流口處的薄膜膜片，由此控制高壓氣體；發(fā)射時(shí)，電磁鐵首先通電，銜鐵向左移動(dòng)，手柄與閉鎖體則在失去銜鐵約束后向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈藥不再受閉鎖體約束，造成壓縮空氣沖破膜片進(jìn)入發(fā)射管的內(nèi)彈道部分，進(jìn)而推動(dòng)彈藥運(yùn)動(dòng)[17-18]。

圖4 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the launcher structure

自美國(guó)陸軍通信部隊(duì)于1918年研制出第一架無(wú)人機(jī)至今，無(wú)人機(jī)已逐漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不可或缺的一部分，并扮演著極其關(guān)鍵的作用[19-21]；在無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，起飛與著陸過(guò)程尤其重要，特別是無(wú)人機(jī)發(fā)射方式的選取直接影響了無(wú)人機(jī)能否平穩(wěn)起飛直至升空；無(wú)人機(jī)現(xiàn)有的發(fā)射方式多樣化，包括手拋、彈射、空中投放及火箭助推等[19-20]。而彈射起飛是一種零長(zhǎng)度起飛方式，具有全地形適應(yīng)能力，已經(jīng)成為無(wú)人機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)配置[21]。

無(wú)人機(jī)壓縮空氣彈射是一種以高壓氣體作為無(wú)人機(jī)彈射起飛的動(dòng)力源的發(fā)射方式，該彈射系統(tǒng)通常由空氣壓氣機(jī)、高壓儲(chǔ)氣罐、氣壓動(dòng)作筒、復(fù)位動(dòng)作筒、加速滑輪組、阻尼器、滑軌車及鎖定裝置等部件組成[21](如圖5所示)；其主要工作流程為：初始狀態(tài)，無(wú)人機(jī)通過(guò)鎖定裝置鎖死在導(dǎo)軌車上；準(zhǔn)備階段，空氣壓氣機(jī)開始工作，向高壓儲(chǔ)氣罐充入所需壓縮空氣；發(fā)射階段，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，油門處于最大位置，鎖定裝置隨即開鎖，高壓儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)供氣管路進(jìn)入氣壓動(dòng)作筒，推動(dòng)活塞快速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)加速滑輪組以更大的行程與更快的速度運(yùn)動(dòng)；由于加速滑輪組末端綁定在導(dǎo)軌車上，它的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶著滑軌車在導(dǎo)軌車上加速，當(dāng)?shù)竭_(dá)末端位置后，無(wú)人機(jī)加速至起飛速度，從滑軌車上脫離；氣壓動(dòng)作筒到達(dá)行程末端后與阻尼器發(fā)生碰撞，使得氣壓動(dòng)作筒的速度在一定時(shí)間內(nèi)降低至0，這時(shí)無(wú)人機(jī)的彈射過(guò)程結(jié)束；復(fù)位階段，復(fù)位動(dòng)作筒把氣壓動(dòng)作筒推到起始位置后鎖定，等待下一次彈射[21]。

圖5 無(wú)人機(jī)氣壓彈射裝置原理圖Fig.5 Schematic diagram of compressed-air ejection device for UAV

1.3 空基武器系統(tǒng)

壓縮空氣彈射在空基武器系統(tǒng)中的主要應(yīng)用在于機(jī)載武器的彈射[22-24]。機(jī)載武器指的是從飛機(jī)上投射用于攻擊戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的武器裝備，根據(jù)其作戰(zhàn)用途與技術(shù)特點(diǎn)，可分為炸彈、火箭彈及航空槍炮彈等非制導(dǎo)武器，以及空空導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、機(jī)載巡航導(dǎo)彈及精確制導(dǎo)炸彈等制導(dǎo)武器；作為關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，機(jī)載武器彈射系統(tǒng)是飛機(jī)武器系統(tǒng)的核心組成部分，是連接機(jī)載武器與飛機(jī)的重要橋梁，是執(zhí)行任務(wù)作戰(zhàn)指令、實(shí)現(xiàn)機(jī)載武器分離、保證系統(tǒng)最終完成任務(wù)的重要環(huán)節(jié)[22-24]。

機(jī)載武器彈射系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υ窗透邏簹馄坷飪?chǔ)存的高壓空氣及拋放彈燃燒產(chǎn)生的高壓燃?xì)?種[25-28]。相對(duì)于高壓燃?xì)鈩?dòng)力源而言，高壓空氣彈射裝置壓力平穩(wěn)、可控，環(huán)保無(wú)污染，低成本，便于維護(hù)，可重復(fù)使用，能提高戰(zhàn)機(jī)的出動(dòng)效率[25]。

基于壓縮空氣的機(jī)載武器彈射系統(tǒng)主要由高壓氣瓶、彈射作動(dòng)筒、氣動(dòng)控制閥以及附屬連接管道等組成(不考慮鎖定機(jī)構(gòu)，彈射系統(tǒng)原理如圖6所示)[29]。以導(dǎo)彈彈射為例，彈射基本流程為：彈射導(dǎo)彈前，導(dǎo)彈處于掛飛狀態(tài)，彈身的前后吊掛通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)固定在活塞桿上，活塞桿則通過(guò)支撐機(jī)構(gòu)約束，保證不會(huì)移動(dòng)；彈射導(dǎo)彈時(shí)，氣壓傳動(dòng)首先解鎖支撐活塞桿的機(jī)構(gòu)，活塞桿則在高壓氣體的作用下開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定位置后，活塞桿端部夾緊導(dǎo)彈吊掛的機(jī)構(gòu)解鎖，而活塞桿則繼續(xù)頂推導(dǎo)彈，直到活塞桿受到行程限制后與吊掛分離，導(dǎo)彈在慣性作用下遠(yuǎn)離掛載飛機(jī)[29-30]。

圖6 機(jī)載氣壓彈射裝置原理圖Fig.6 Schematic diagram of airborne compressed-air ejection device

2 壓縮空氣彈射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

上述簡(jiǎn)單綜述了壓縮空氣彈射系統(tǒng)在各類武器系統(tǒng)中的應(yīng)用，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，各應(yīng)用中壓縮空氣彈射系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)基本一致，但特定領(lǐng)域關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)不盡相同，總的來(lái)說(shuō)，主要包括超高壓氣瓶設(shè)計(jì)技術(shù)、彈射內(nèi)彈道設(shè)計(jì)技術(shù)以及機(jī)載氣壓動(dòng)力源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等。

2.1 超高壓氣瓶設(shè)計(jì)技術(shù)

從冷發(fā)射技術(shù)彈射動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展歷程來(lái)看，各種彈射系統(tǒng)都有過(guò)自己的快速發(fā)展期，但往往受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，快速發(fā)展后又出現(xiàn)停滯的現(xiàn)象[1]。

壓縮空氣彈射系統(tǒng)彈射效率較低，彈射需消耗大量的空氣，加之耐高壓氣瓶材料及工藝的限制，早期的壓縮空氣彈射系統(tǒng)裝置龐大而笨重，造成實(shí)際應(yīng)用的局限性，特別是限制了壓縮空氣彈射在空基與陸基中的使用情況。因此，亟需開發(fā)研制超高壓氣瓶，滿足氣源系統(tǒng)小型化要求。璩金超[31]及楊風(fēng)波[32]開展了氣瓶壓力對(duì)彈射速度的影響研究，結(jié)果表明對(duì)于相同氣瓶容積條件下，增大氣瓶壓力可以有效提高系統(tǒng)的彈射速度，進(jìn)一步說(shuō)明在滿足系統(tǒng)彈射速度的前提下，增大氣源壓力可以有效縮小彈射系統(tǒng)的規(guī)模。氣瓶壓力對(duì)彈射速度的影響如圖7所示。

圖7 氣瓶壓力對(duì)彈射速度的影響Fig.7 Influence of gas cylinder pressure on ejection velocity

因此，為滿足壓縮空氣彈射系統(tǒng)小型化要求，必須開發(fā)新一代的超高壓氣瓶，除了保證高可靠性及耐高壓以外，還需滿足體積小、輕量化等要求。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展以及理論的突破和創(chuàng)新，阻礙壓縮空氣彈射技術(shù)發(fā)展的氣瓶小型化問(wèn)題得到了部分解決，復(fù)合材料氣瓶已成為一種新型的壓縮空氣彈射使用氣瓶，并致力于高伸長(zhǎng)率、耐高溫、高韌性及多功能等高性能方向發(fā)展[33]。應(yīng)用較為廣泛的是采用碳纖維纏繞鋁合金內(nèi)膽氣瓶(示意圖如圖8所示)，該氣瓶具有鋁合金材料密度低、密封優(yōu)良、加工性好、延展性好及抗裂紋增強(qiáng)性能好等特點(diǎn)，同時(shí)兼?zhèn)涮祭w維重量輕、比模量與比強(qiáng)度高、安全性好及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得氣瓶能夠?qū)崿F(xiàn)高疲勞壽命、高承壓、耐腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能的完美結(jié)合[33-34]。

同時(shí)，超高壓氣瓶的應(yīng)用又帶來(lái)了新的問(wèn)題，主要包括成本高、經(jīng)濟(jì)性差，尤其是氣瓶體積的增大會(huì)大大提高氣瓶的制造成本，因此無(wú)法徹底解決氣瓶的小型化問(wèn)題，壓縮空氣彈射系統(tǒng)的應(yīng)用仍然受阻。下一步超高壓氣瓶的發(fā)展方向需統(tǒng)籌考慮氣瓶材料、制造工藝及成本等因素，從根本上解決氣瓶小型化問(wèn)題。

2.2 彈射內(nèi)彈道設(shè)計(jì)技術(shù)

壓縮空氣彈射作用時(shí)間很短，氣源壓力較高，瞬時(shí)流量大，因此彈射系統(tǒng)的彈射方案選取與內(nèi)彈道總體設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，關(guān)乎到彈射系統(tǒng)的彈射性能、發(fā)射安全性能及作戰(zhàn)能力等。

在壓縮空氣彈射過(guò)程中，針對(duì)彈射物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣體流動(dòng)規(guī)律及彈射裝置高、低壓室壓力變化規(guī)律等內(nèi)彈道特性的研究十分重要，將直接影響到內(nèi)彈道的設(shè)計(jì)[35-41]。

壓縮空氣彈射對(duì)應(yīng)的工況較為惡劣，氣源壓力遠(yuǎn)大于空氣臨界壓力，溫度遠(yuǎn)偏離于玻義耳溫度，如采用理想氣體模型設(shè)計(jì)彈射的內(nèi)彈道參數(shù)將帶來(lái)很大偏差(參考圖9所示)，且這種偏差對(duì)熱力過(guò)程中的質(zhì)量與能量的影響是不可忽視的，由此設(shè)計(jì)得到的內(nèi)彈道參數(shù)也將失去意義，必須考慮高壓空氣真實(shí)氣體效應(yīng)，結(jié)合熱力學(xué)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)定律開展內(nèi)彈道動(dòng)力學(xué)分析研究[40]。

此外，氣源壓力、初始溫度、彈射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)等均會(huì)對(duì)內(nèi)彈道性能造成較大影響，在開展壓縮空氣彈射內(nèi)彈道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)這些因素進(jìn)行影響分析不可或缺。氣源壓力的增大會(huì)相應(yīng)加劇高壓空氣對(duì)彈射裝置低壓室內(nèi)壁的沖擊，同時(shí)使得彈體過(guò)載變化更為劇烈，不利于彈射物平穩(wěn)出筒，但另一方面，較高的氣源壓力可提高彈射裝置的彈射力。因此，在彈體過(guò)載能力允許、發(fā)射筒低壓室內(nèi)壁強(qiáng)度足夠的前提下，可適當(dāng)提高氣源壓力，進(jìn)而提升系統(tǒng)的彈射性能；發(fā)射筒筒徑的增大會(huì)使低壓室溫度下降得更快，壓力變化更為平緩，峰值更低，因此在開展發(fā)射筒筒徑設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮筒內(nèi)低壓室氣體對(duì)筒內(nèi)壁的影響及推力的實(shí)現(xiàn)[36]。

2.3 機(jī)載氣壓動(dòng)力源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著世界新軍事變革及武器系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)載氣壓動(dòng)力源系統(tǒng)人工充氣一定程度上延長(zhǎng)了戰(zhàn)斗準(zhǔn)備時(shí)間，增加了機(jī)載彈射裝置的維護(hù)成本，已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。因此，發(fā)展機(jī)載氣壓動(dòng)力源系統(tǒng)的自動(dòng)充氣技術(shù)是機(jī)載壓縮空氣彈射裝置的重點(diǎn)發(fā)展方向，同時(shí)也是提升機(jī)載武器的響應(yīng)時(shí)間及戰(zhàn)斗力的重要保證。

可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氣功能的彈射系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖10所示，主要包括空氣增壓機(jī)、高壓氣瓶、調(diào)節(jié)閥、電磁閥、作動(dòng)筒與解鎖機(jī)構(gòu)等部件及附屬管道，主要工作過(guò)程為：充氣過(guò)程，當(dāng)氣源壓力傳感器檢測(cè)到高壓氣瓶壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，空氣增壓機(jī)開始通電工作，將常壓空氣壓縮并儲(chǔ)存到高壓氣瓶中，壓力達(dá)到指定值以后，空氣增壓機(jī)停止工作；發(fā)射過(guò)程，當(dāng)系統(tǒng)接到發(fā)射指令后，高壓氣瓶中的氣體在電磁閥的控制下通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入低壓室，一部分繼續(xù)沿著導(dǎo)氣管流入前、后作動(dòng)筒，另一部分則進(jìn)入開鉤活塞腔室，推動(dòng)開鉤活塞快速運(yùn)動(dòng)直至掛鉤解鎖，解鎖后，前、后作動(dòng)筒推動(dòng)航空彈藥快速離開載機(jī)[42-43]?；厥者^(guò)程，作動(dòng)筒到達(dá)行程終點(diǎn)后，

圖10 帶自動(dòng)充氣功能的彈射系統(tǒng)原理圖Fig.10 Schematic diagram of compressed-air ejection system with automatic inflatable function

電磁閥關(guān)閉，作動(dòng)筒排氣桿被推出，向外排氣，使得作動(dòng)筒內(nèi)部壓力迅速降低，同時(shí)在回收彈簧力的作用下迅速回到初始位置[25,29-30]。彈射結(jié)束后，氣源壓力傳感器再次檢測(cè)到氣瓶?jī)?nèi)壓力低于預(yù)先設(shè)定值，反饋給控制器，控制器控制空氣增壓機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氣，為下一輪彈射做好準(zhǔn)備，由此節(jié)約了地面準(zhǔn)備時(shí)間[25]。

3 結(jié)論與展望

壓縮空氣彈射憑借其瞬間膨脹性大、爆發(fā)力強(qiáng)、能量密度高及綠色安全無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于武器系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域。未來(lái)，隨著工藝制作水平、內(nèi)彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)及機(jī)載氣壓動(dòng)力源自動(dòng)充氣技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，壓縮空氣彈射技術(shù)將會(huì)打破現(xiàn)有的阻礙，開啟發(fā)展新紀(jì)元，成為未來(lái)武器系統(tǒng)發(fā)射領(lǐng)域內(nèi)重要一員，應(yīng)用前景包括但不限于以下領(lǐng)域：

(1) 持續(xù)應(yīng)用于?；淦飨到y(tǒng)，包括魚雷及海對(duì)陸、海對(duì)空導(dǎo)彈的冷發(fā)射；

(2) 拓展應(yīng)用于超近程防御武器系統(tǒng)，包括榴彈炮、大口徑火箭炮等武器的彈射；

(3) 發(fā)展自動(dòng)充氣技術(shù)，推動(dòng)壓縮空氣彈射在機(jī)載武器彈射中的應(yīng)用；

(4) 積極探索解決壓縮空氣彈射系統(tǒng)存在的體積龐大、笨重等問(wèn)題，提升壓縮空氣彈射系統(tǒng)在車載、井基導(dǎo)彈冷發(fā)射中以及無(wú)人機(jī)彈射起飛中的應(yīng)用。