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二级轻气炮是通过火药燃烧产生高温高压燃烧气体推动活塞运动，使活塞压缩轻质气体，利用气体膨胀对弹丸做功，使弹丸获得超高初速的发射装置。早在20世纪中期，这种轻气工质的发射系统在实验室中进行的高速发射研究已取得辉煌的成果,1948年二级轻气炮第一次发射成功，是由美国新墨西哥州矿业学校完成的，将一个轻质球加速到4.3km/s[1]。随后，世界各地陆续出现气体炮设备，有了这种类型的弹丸发射装置，使弹丸的运动速度超过10km/s成了可能，因此气体炮的发射原理得到了广泛的应用。如美国的海军军械研究所（NOL）和通用汽车公司（GM）将近100g弹丸加速到8km/s[1]。海军研究所（NRL）将0.2g弹丸加速到11.6km/s，达到第二宇宙速度的惊人效果。这种轻气炮发射装置主要用于在实验室中研究弹丸气动力弹道学和终点弹道学，也用于材料在高速碰撞下的力学性能研究[1]。30225
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上世纪60年代以来，二级轻气炮主要用来解决载入弹头中的气动设计问题。1989年西方国家正式提出国家级的超高速气动物理设备建设的方案，即AHAF(Advanced Hypervelocity Facility)计划[20]。AHAF(缩比模型)主要参数是：重量10kg、直径0.3~0.5m、长度0.9~1.5m、发射器长度150~300m，模型速度第一阶段6km/s利用现有二级轻气炮技术；第二阶段12~15km/s，采用二级轻气炮和冲压加速器相结合的技术[20]。AHAF计划虽然一次性投入较大，但所建立的国家飞行实验可以大大减少全尺寸飞行实验次数,减小型号研制风险,并可积累弹头设计经验加速研制过程，因此总体来说是经济的[20]。论文网
美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室正进行SHARP(Super High Research Project超高速研究)计划，初步打算进行下列弹丸的发射研究工作[20 ]。SHARP研究人员计划将该轻气炮垂直安装(该发射系统中压缩管和发射管两部分互成“L”直角形，发射管可以水平或垂直方向安置)，将弹丸发射到450km的高空，以获取其进入到大气层的数据[20]。根据中国空气动力研究与发展中心的二级轻气炮发射器的试验经验和计算结果(药室该用90kg的炸药)，可推算出在火药室长100m、压缩管/直径7000/3.6m、发射管/直径700/1、活塞质量400E3、模型重量/发射速度2000kg/6km/s、全长1500m的条件下，内弹道参数如下：活塞峰值速度428m/s、压缩管压力峰值334.7lMPa、弹丸底部压力峰值137.34MPa[20]。
为了发射2t重载荷，利弗莫尔国家实验室提出了大型二级轻气炮设想，将轻气架在1.8~4km的高地上，以25度的发射角对空发射[20]。若要实现这种轻气炮，原理上虽然没有困难，但在压缩管和发射管的联结结构和材料以及400t重的活塞运动引起的能量吸收等一系列问题上都会带来很大问题。另一个办法是设计一门可以直接加速弹丸的发射装置，而不需要压缩管和活塞[20]。近年来提出了发展这类发射装置的各种技术途径，如：电热炮、电磁炮、冲压加速器[20]。CN.Scully等报道了采用电热炮使小型硅酸盐球体(10-8~10-6g)速度可达到20km/s，球体由锂离子流的气动力加速，由电弧放电给离子流供能；J.F.Frichtenieht等用静电方法把小型带电离子(直径为0.1~10μm)加速到高达28km/s的速度；S.Kronman等把0.01g~1g的离散离子用向心爆轰技术已经加速到21km/s的速度。虽然这些发射技术创造了相当高的速度指标，但是从应用于实验研究角度看，都还达不到能与气体炮发射器相竞争的地步[20]。
二级轻气炮技术的原理，被越来越多的国外学者所接受并且将其发展到其他方面的应用。在这方面国外研究起步较早,如V.Z.Kasimov，O.V.Ushakova，and Yu.P.Khomenko等；而前苏联科学家茹可夫，A.H则应用特征线方法数值求解了气体动力学一文问题。