开口缸气动弹射装置以压缩空气为动力源,内弹道过程简单、可控、无需热防护;通过活塞组件输出动力,行程利用率高,通用性好;可重复使用,成本低,具备良好的应用前景。本文提出了开口缸气动弹射装置方案,并对其中难点进行研究。(1)基于工程热力学、流量方程等理论,建立开口缸气动弹射内弹道模型。以某小型筒式气动弹射装置为对象进行内弹道仿真,结果与试验数据相吻合,验证了计算模型的精度,为内弹道优化建立了理论基础。基于建立的弹射内弹道模型,以弹射有效行程最短为优化目标,运用组合优化算法实现了高效寻优,确定了开口缸气动弹射装置的最小弹射行程,为总体设计奠定了基础。(2)基于近似模型对开口缸气动弹射装置进行结构轻量化优化设计,采用多元回归方法,分析了结构参数对装置质量的敏感度大小。采用多岛遗传算法,在满足开口变形的约束下,完成了开口缸气动弹射装置的结构轻量化设计,提高了弹射装置的机动性,并节约生产成本。(3)对开口缸气动弹射装置综合性能开展仿真研究。分别对高低温、高海拔环境下气动弹射的内弹道性能进行了优化与分析,研究表明,仅通过调整气动阀流量控制规律,即可适应不同的环境;研究了复杂动态非均布载荷的加载方法,编写Vdload子程序,建立了更加精确的开口缸气动弹射动力学模型;完成高速制动缓冲部件的设计与验证,实现了活塞组件安全制动。(4)搭建开口缸气动弹射试验系统,试验验证了开口缸气动弹射方案的可行性、弹射动力学模型精确性与缓冲部件设计的合理性。通过综合测量开口缸内压力、弹射加速度、负载位移和离轨速度等参数,表明试验装置满足设计指标。