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      壓縮空氣創新應用助力無人機彈射起飛

        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,通過復雜的閥門管路系統控制進入發射筒(低壓室)的壓縮空氣量,使目標體能按規定的加速度及筒口速度彈射出筒。壓縮空氣彈射的優點有:壓縮氣體瞬間膨脹性大、功率密度高;彈射壓力變化平穩;工質溫度低,無需熱防護措施;內彈道簡單可控;隱蔽無光,有利于提高生存能力、成本低廉等。
      壓縮空氣創新應用助力無人機彈射起飛
        壓縮空氣彈射系統能夠實現對多種飛行器的冷發射,可應用于探空火箭、彈道導彈及運載火箭發射、無人機等,可提升其飛行高度或航程,可替代易爆、有污染的火藥彈射系統。如果將彈射器用作無人機的輔助起飛動力,可以實現在特殊環境下起飛,可擴大飛行半徑和巡航時間等目的。特別是對于復雜氣候條件下的艦載無人機,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細節報道,國內相關研究機構也尚未有成熟的壓縮空氣彈射器樣機或產品報道,因此,研發彈射器具有極為重要的戰略意義和經濟價值。
        近日,中科院工程熱物理研究所儲能研發中心在壓縮空氣彈射研究方面取得重要進展,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的彈射起飛中的應用測試工作。
      壓縮空氣創新應用助力無人機彈射起飛
        研發團隊開展了系統性的理論與實驗研究、以及彈射器樣機的研制工作。開展彈射系統的總體優化設計,掌握彈射器總體參數優化設計方法;搭建壓縮空氣彈射原理實驗臺,獲得詳細的實驗結果;開展非穩態計算流體力學仿真研究,揭示彈射過程壓縮氣體作用機理;開展壓縮空氣彈射樣機的研制,針對無人機應用場景,完成了彈射測試,具備工程化應用的能力。
        壓縮空氣彈射原理實驗臺以及彈射速度如圖1所示,該實驗臺彈射加速度可達40g以上,彈射速度達70m/s以上。通過非穩態計算流體力學研究獲得了彈射過程的空氣壓力分布與速度分布隨時間的變化,闡明了壓縮空氣的作用過程與加速度變化規律。進一步開展了彈射器的研制,圖2為設計圖,圖3為實物圖,彈射器滑軌角度可調,圖3 a)為無人機彈射準備階段,b)為彈射完畢,無人機脫離彈射器起飛。彈射測試結果如圖4所示,通過動態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,最大加速度達10g以上,彈射速度達21m/s以上,超過了該類型無人機的失速速度,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間為100~500ms,一次彈射準備時間2~3分鐘,設備成本低,單次彈射成本低,重復性好。
      壓縮空氣創新應用助力無人機彈射起飛
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