机载弹射装置是将悬挂武器准确可靠地弹射离机的复杂武器系统关重件。本文以机载悬挂武器弹射装置作为研究对象,综合运用内弹道学、气体动力学、有限元与优化设计等现代设计理论与方法,对机载悬挂武器弹射装置展开深入的系统研究。建立了以抛放弹高压燃气作为弹射动力源的弹射装置通用数学模型。该模型能够较好地反映抛放弹弹射装置的弹射性能,为抛放弹弹射装置的弹射性能研究提供了有效的理论分析工具。通过仿真计算,取得了一系列有典型代表性的运动曲线,并分析获得了抛放弹弹簧阀门控制式降峰压弹射装置五个主要结构参数对其工作性能的影响规律,为该种抛放弹弹射装置的性能改进提供了理论依据。建立了考虑电磁阀内气体流动的高压氮气弹射装置准一维非定常流数学模型。该模型能够较好地反映高压氮气弹射装置的弹射性能,理论计算结果与实验结果基本相符,为高压氮气弹射装置的弹射性能研究提供了有效的理论分析工具。通过编程计算,获得了基于电磁阀控制下高压氮气弹射装置主要结构参数对其工作性能的影响规律,为高压氮气弹射装置的性能改进提供了理论依据。考虑到弹射筒活塞腔内气体流动的复杂性,建立了导气管和弹射筒活塞腔内流场的无粘、可压缩气体的两维轴对称非定常流数学模型,可详尽描述弹射筒内具有活塞动边界的流场信息和特征。采用“正交设计优化”和“N元M次正交多项式数值拟合”两种方法相结合的优化方法,对带降峰压装置的抛放弹弹射装置和集成式氮气弹射装置分别进行了优化设计,该方法能够在全域方便、快捷的寻找到最优解。建立了旋转弹射整体通用挂架工作过程的动力学仿真数学模型,计算分析了通用挂架在气动力作用下解锁、整体旋转与最终脱离载机的运动过程。针对原主接头锥形套筒设计方案存在的塑性变形问题,提出了新的改进方案,通过了现场高频振动加载平台的振动实验验证,解决了主接头锥形套筒的塑性变形问题。论文最后对旋转弹射整体通用挂架箱体进行了有限元强度分析,针对原方案箱体出现裂纹的问题提出了两个改进方案。改进方案通过实验验证,强度满足正常工作要求。本文建立的与机载悬挂武器弹射装置相关的多种数学模型和改进设计方案等工作,为弹射装置的性能改进提供了理论依据和有价值的参考。