本文目的是研制重活塞驱动、立式二级气炮，为发射高速弹丸(＞1.5km/s)和研究液体斜侵彻问题提供基础性的实验设备。采用高压空气代替火药燃烧气体驱动重活塞，本设备优点是：横向振动小、压缩管内壁无烧蚀、可发射不同入射角高超声速弹丸等。基于光反射，研制了活塞和弹丸速度测量装置，可测量活塞速度沿压缩管轴向分布和弹丸出口速度。结合同步控制技术，研制了外触发脉冲火花纹影方法，可进行高超声速弹丸和水斜侵彻的纹影流场显示，为开展相关的机理性研究奠定了实验基础。本文主要内容如下： (1)第一章介绍了本文研究背景和相关研究进展，说明了本文主要内容和特色。 (2)第二章介绍了二级气炮设计的理论基础，给出了活塞驱动器热力学关系、等截面二级气炮参数计算、变截面驱动增益、变截面二级气炮参数计算等。尽管这些内容是基于热力学和非定常空气动力学关系式，但相关文献未给出系统的描述，本文进行了归纳和整理，并编写了二级气炮性能参数理论计算软件。 (3)第三章介绍了二级气炮总体和主要部件设计，给出了相关的技术要求、方案设计简图和结构主要尺寸。 (4)第四章介绍了二级气炮设计安装和调试过程。主要包括该设备总体和分系统安装、调试过程，特别讨论了安装调试过程中遇到的问题和解决方法。 (5)第五章给出了本套设备的调试结果，包括活塞和弹丸速度测量结果、高超声速弹丸和水斜侵彻的流场纹影照片。 (6)第六章给出本文主要结论，并提出下一步研究工作建议。