气体炮具有结构简单,压力平稳,安全性高,适应性广的特点,其广泛应用于实验室高速碰撞试验,人工降雨等领域。二氧化碳由于其能在较低的临界压力和温度条件下快速膨胀进为超临界状态,在气体爆破领域拥有广泛的应用目前,由于气体炮的气体介质(空气,氢气等气体)的膨胀做功效率低,导致了气体炮膛内的压力低,气体压缩装置复杂等问题。本文提出一种以超临界二氧化碳作为气体介质的一级气体炮,对其膨胀做功性质和特点进行仿真模拟与实验分析,获得了气体炮膨胀做功的特性变化曲线和影响因素的变化规律,可以极大的拓展紧凑,高速的气体炮在野外,危险区域的应用。基于超临界气体热力学性质模型,流场流动模型和弹丸运动模型建立了超临界二氧化碳气体炮膨胀做功数学模型,并对气体炮膨胀做功的特性进行了相关分析。对比了初始压力,弹丸质量和炮管直径三种单因素和初始压力与炮管长度,初始压力与炮管直径,初始压力与弹丸质量三种双因素对于气体炮膨胀做功特性的影响。并在此基础上,基于正交实验方法利用膨胀做功数学模型对气体炮三种因素的影响进行了分析,得到了各因素影响作用的程度。完成了超临界二氧化碳气体炮膛内仿真模型的构建与简化分析,并对模型的仿真条件的合理性和准确性进行了验证。为了探究气体炮膨胀做功特点,基于入口质量流量,弹丸受力和弹丸速度三个膨胀做功指标和流场云图对气体炮的特征进行了相关的分析。在以上仿真分析的基础上,对初始压力,弹丸质量,炮管长度和炮管直径四个因素进行了仿真计算,对比了四种因素下三个膨胀做功指标和流场的变化特点。完成了超临界二氧化碳气体炮膛外仿真模型的构建,并根据实际边界条件对仿真模型进行了简化和区域划分。为了探究气体炮膛外膨胀做功流场的变化,对区域中特殊点的气流压力与速度进行了分析。通过入口质量流量,弹丸受力和弹丸速度三个膨胀做功指标和流场速度,压力和温度云图对气体炮膛外膨胀做功特征进行了相关的分析。基于以上仿真分析的基础,对初始压力,弹丸质量两个因素进行了仿真分析,对比了两种因素下三个膨胀做功指标的特点。搭建了超临界二氧化碳气体炮实验测试平台,并利用PMM高压传感器和高速摄像机记录膛内压力变化和膛外流场的变化图像。通过对气体炮膛内压力变化和弹丸速度实验结果与数值计算结果的对比,验证气体炮膨胀做功数学模型的准确性。