轻气炮（Light Gases Gun，LGG）是目前发展最成熟和应用最广泛的一种地面高速/超高速模拟试验发射设施，其中二级轻气炮使用最为广泛，它在1948年由墨西哥州矿业学院首制成功。典型的二级轻气炮主要由压缩级和发射级组成，工作原理是第一级（压缩级）内的储能气体推动活塞压缩第二级（发射级）内预充的轻质气体（如氦气、氢气等），再通过第二级内的轻质气体推动弹丸加速，实现高速/超高速发射。
目前国内完整的二级轻气炮超高速撞击试验设备主要包括发射系统、测速系统、靶室三部分。根据不同的试验目的，还可增加相应的压力感知系统、测量系统等。发射系统的作用是将弹丸发射到试验所需的速度，实现弹丸对靶件的撞击；对金属弹丸，需要使用非金属弹托辅助进行发射；发射系统一级驱动通常为高压氮气或炸药爆炸所产生的高压气体，二级驱动气体为氢气。测速系统用于测量弹丸着靶前的飞行速度。
二级轻气炮可以直接发射非金属弹丸，但直接发射金属弹丸会严重损伤发射管，因此，一般要求采用非金属弹托辅助进行发射金属弹丸。发射时，弹托起着对弹丸对心、支撑、保护的作用，确保其不与发射管及高温驱动气体接触，飞出炮口后再设法使弹托与弹丸分离，只让弹丸沿原来的弹道飞行，弹托则被预设的装置阻挡或捕获，这种技术称为弹托分离技术。常用的弹托分离技术有气动分离和机械强制分离。气动分离技术中弹托由两块或四块聚碳酸酯拼成，其外径与发射管口径相同，发射时弹托带着弹丸一起飞行，当飞出炮口时，发射管出口激波与周围流场的共同作用使弹托与弹丸分离。机械强制分离是利用弹道上的阻滞装置将弹托与弹丸强制分离，这种方法可以在真空靶室中实现，避免了由于靶室中存在气体而对弹丸速度造成损失。
二级轻气炮按发射管直径的不同，分为小、中、大三种。其中，小口径二级轻气炮的发射管直径为4～5 mm，泵管直径为15 mm，适用于发射直径100 mm～2 mm的弹丸（或粒子），最高可将弹丸发射至8.5 km/s；中口径二级轻气炮的发射直径为6.5～15 mm，泵管直径为40 mm，可将质量为5 mg的弹丸最高加速至10 km/s；大口径二级轻气炮发射管的直径为20～50 mm，泵管直径为65 mm或100 mm，可将质量为1.0 g的弹丸最高加速到8 km/s。(www.xing528.com)
轻气炮的速度理论上可达11 km/s，但由于炮体结构强度和耐烧蚀能力的限制，绝大多数的二级轻气炮的极限发射速度都在8 km/s以下，这距离空间碎片10 km/s的平均相对速度还有较大的差距。为了提高发射速度，研究人员发展了一些新的发射技术，例如三级轻气炮、电炮、等离子体加速器等。三级轻气炮通常是在二级轻气炮的基础上增设一级预热级，预热级主要由压缩空气室、大质量活塞、预热泵管和链接口等组成。三级轻气炮可进一步增大弹丸的发射速度。麦吉尔大学在20世纪60年代建造过一门三级轻气炮，可将直径为12.7 mm、质量为1.1 g的聚碳酸酯飞片发射到10.5 km/s。美国圣地亚国家实验室、美国利弗莫尔国家实验室采用三级轻气炮，可将3.1 g弹丸发射至10.1 km/s。德国EMI基于二级轻气炮技术也发展了一种单火药舱、双泵管的新型二级轻气炮，如图6-4所示。该设备能有效地降低弹丸加载时炮体零件所承受的动态载荷，提高发射速度，使炮体保持良好的性能，保持设备的稳定、可靠。2011年1月进行了首次试验，100 mg的弹丸发射已达到6.4 km/s。
图6-4 新型轻气炮（见彩插）
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