中科研究院完成了压缩空气弹射器在无人机中的应用测试
近日，中国科学院工程热物理研究所储能研发中心在压缩空气弹射研究方面取得重要进展，完成了压缩空气弹射器的研制、集成与测试，并完成了该弹射器在无人机的弹射起飞中的应用测试工作。
图1 压缩空气弹射原理实验台及弹射速度
压缩空气弹射系统能够实现对多种飞行器的冷发射。可应用于探空火箭、弹道导弹及运载火箭发射、无人机等，可提升其飞行高度或航程，可替代易爆、有污染的火药弹射系统。
弹射器用作无人机的辅助起飞动力，实现在特殊环境下起飞，可扩大飞行半径和巡航时间;特别是对于复杂气候条件下的舰载无人机，弹射是首要选择的起飞方式，目前国外压缩空气弹射器尚无技术细节报道，国内相关研究机构也尚未有成熟的压缩空气弹射器样机或产品报道，因此，研发弹射器具有极为重要的战略意义和经济价值。
图2 压缩空气弹射器设计图
研发团队开展了系统性的理论与实验研究、以及弹射器样机的研制工作。开展弹射系统的总体优化设计，掌握弹射器总体参数优化设计方法;搭建压缩空气弹射原理实验台，获得详细的实验结果;开展非稳态计算流体力学仿真研究，揭示弹射过程压缩气体作用机理;开展压缩空气弹射样机的研制，针对无人机应用场景，完成了弹射测试，具备工程化应用的能力。
图3 无人机压缩空气弹射样机与弹射过程
压缩空气弹射原理实验台以及弹射速度如图1所示，该实验台弹射加速度可达40g以上，弹射速度达70m/s以上。通过非稳态计算流体力学研究获得了弹射过程的空气压力分布与速度分布随时间的变化，阐明了压缩空气的作用过程与加速度变化规律。
图4 弹射过程空气压力与弹射速度测试结
进一步开展了弹射器的研制，图2为设计图，图3为实物图，弹射器滑轨角度可调，图3 a）为无人机弹射准备阶段，b）为弹射完毕，无人机脱离弹射器起飞。弹射测试结果如图5所示，通过动态压力变送器测得的弹射过程空气压力变化，通过高频加速度传感器以及速度传感器测试弹射过程的速度与加速度。
该弹射器弹射50kg的无人机，最大加速度达10g以上，弹射速度达21m/s以上，超过了该类型无人机的失速速度，能够使之顺利起飞。
通过不同条件的多次测试显示该弹射器的弹射时间为100~500ms，一次弹射准备时间2~3分钟，设备成本低，单次弹射成本低，重复性好。
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