CN103134395A - 具有液体驱动系统的火箭级 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运行空间飞行器的火箭级，其具有相应至少一个用于分隔地储存推进剂和氧化剂的储罐、至少一个推进装置、至少一个推进装置支架以及具有一个初级结构，所述初级结构使不同的部件相互连接，所述推进装置支架至少部分地设置在所述储罐的内部。此外，在储罐内部设置推进剂管理装置。所述推进装置支架的分隔壁完全闭合地构造在所述储罐的内部并且由此将所述储罐分成相互分隔开的区域，所述推进剂的单个组分储存在所述区域中。所述储罐基本上球形地构成，但是其也可以配备有椭圆形或截球形的穹顶以及配备有圆柱形的中间段。

Description

具有液体驱动系统的火箭级
技术领域
本发明涉及一种运行空间飞行器的火箭级，其具有相应至少一个用于分隔地储存推进剂和氧化剂的储罐、至少一个推进装置、至少一个推进装置支架以及具有一个初级结构，所述初级结构使不同的部件相互连接。
背景技术
目前使用的具有液体驱动系统的承载火箭级包含一系列部件，这些部件满足不同的功能。属于此的有用于储存推进剂和氧化剂的储罐以及所谓的推进装置支架（在英语中被称为：Engiene Thrust Frame(ETF)），其中，推进剂和氧化剂要么储存在单独的储罐中要么储存在具有推进剂与氧化剂之间的分隔壁的储罐中。推进装置支架一方面将推进装置的载荷导入到储罐和初级结构中并且另一方面将承载件的载荷通过初级结构导入到储罐和推进装置中。此外，这种火箭级包括推进剂管理装置，在英语中被称为：Propellant management device(PMD)，其特别是用于即使在剩留的推进剂剩余量最小或制动液体涡旋时也确保给推进装置供应无气体和无颗粒的推进剂。
发明内容
本发明的任务在于，这样地构造本文开头所述类型的火箭级，使得其具有尽可能低的重量和紧凑的设计并且此外具有尽可能低的成本。
本发明通过以下方式解决所述任务，即，在这种火箭级中设置了：将推进装置支架的至少一部分设置在储罐的内部，其中，所述推进装置支架的所述部分这样完全闭合地构造在所述储罐的内部，使得在储罐中形成相互分隔开的、用于储存所述推进剂的各组分的区域。
通过按照本发明设置的将在其他情况下单独的部件即储罐和推进装置支架集成为一个单元，得到一种极其紧凑的布置结构并且同时得到显著的重量降低，此外通过这种方式相应地降低了相邻结构的重量。通过所述紧凑的设计使得本发明的火箭级的总长度大大小于传统构型的总长度，这又持续地降低了机械载荷、例如风载荷和通过工作载荷引起的载荷。此外，按照本发明，通过所述火箭级的根据本发明设置的构造，将不同的功能最佳地分配到各个部件上。例如将基本上锥形的推进装置支架同时用来分隔储罐中的推进剂和氧化剂，此外所述推进装置支架降低了几何结构方面的后遗症。
通过在本发明的有利的进一步方案中此外设置的将推进剂管理装置也集成在内的做法，进一步改善了该布置结构的紧凑性。同时，推进剂管理装置的各部件例如导板和可再填充的液体容器也被用来导入载荷。最后，本发明的火箭级具有在特殊情况下所需的再点火能力。
附图说明
下面应借助于附图详细阐述本发明，其中：
图1是火箭级的一部分的剖视图；
图2是图1中的布置结构的一个部分区域的放大图；
图3是图1中的布置结构的一个放大的部分区域的其他视图；
图4是图3中的布置结构的一个部分区域的再次放大图；
图5-7是用于火箭级的储罐的不同形状的视图；
图8和9是储罐中的推进装置推进支架的替换布置的视图；
图10和11是用于火箭级的替换推进装置推进支架形状的两个另外的视图。
具体实施方式
在附图中，相同的或彼此相应的构件设有相同的附图标记。
图1中的视图以示意图示出了一个火箭级的竖直剖视图，其中，在初级结构1上连接一个锥形的推进装置支架2，所述推进装置支架本身绝大部分集成到一个在这里所示的布置结构的情况下球形的储罐3中，其中，所述推进装置支架2的部分2b设置在储罐内部，而外环2a处于所述储罐3的外部。此外，在图1中示出的布置结构包括一个推进装置4以及一些具有一些导板5a和至少一个可再填充的液体容器5b的推进剂管理装置5。如从该图中可看出的那样，在传统火箭级中通常彼此分隔地设置的部件即储罐3和推进装置支架2在该布置结构的情况下彼此连接，而没有限制或损害它们的相应功能。
通过将锥形的推进装置支架2集成到球形的储罐3中使得所述锥形的推进装置支架2被赋予两个另外的功能。由此，该推进装置支架通过其设置在储罐3中的、用作分隔壁2b的部分将储罐3分为两个区域I和II，例如特别是在图1中可看到的那样。在储存期间，由所述两个区域I和II中的一个区域容纳推进剂并且由另一个区域容纳氧化剂，由此既不需要设置多个储罐也不需要安装单独的分隔壁。此外，两个储罐区域I与II之间的智能压力控制致使所述锥形的分隔壁2b的结构质量可降低到最小。
如果仅仅考虑压力载荷的出现，则图1中示出的储罐3的球形在此是用于储存推进剂和氧化剂的压力储罐的最佳形状。因为推进装置4——如同样在图1中示出的那样——仅仅在一个部位上与剩余的火箭级连接并且所述初级结构1具有基本上圆柱形的形状，所以同时所述锥形的推进装置支架2构成用于将载荷从初级结构1的圆柱导入到用于推进装置4的连接点中并且从该连接点导回的最佳形状。
导板5a垂直于所述火箭级的对称轴并且将所述储罐3的最宽部分与储罐出口连接，以便改善液体的涡旋并且以便将所述液体引导至储罐出口。可再填充的液体容器5b固定在储罐出口上方并且在储罐出口处保持足够的液体量，以便一方面由于表面张力确保推进剂无气体并且以便另一方面确保在推进装置4重新点火时在加速将推进剂的剩余部分引导至储罐出口之前立即提供推进剂。所述导板5a和所述可再填充的液体容器5b在此设置在所述储罐3的两个区域I和II中。
图2中的前面描述的布置结构的一个部分区域的放大图示出的是，在火箭级的最后一个燃烧阶段结束时推进剂6和氧化剂7的可能的剩余量是如何以最大允许的角度在推进剂管理装置5的区域中汇聚的。由于储罐3和锥形的推进装置支架2的集成的几何结构内部的单个角度或角，在驱动阶段中，剩余推进剂量6和7比传统储罐中的剩余推进剂量少。通过纵向加速，液体6和7被朝着储罐底部的方向压，在那里设置推进装置4并且在那里具有通往输送管路的储罐出口接管。总体上，集成的储罐形状导致剩余推进剂量6、7比传统储罐中的剩余推进剂量降低约50%。通过存在的角激励的表面张力还进一步降低所述剩余推进剂量，而且也不需要为此安装另外的推进剂管理装置。
图3和4中的按照图1的布置结构的一个部分区域的再次放大的视图示出具有导板5a以及具有可再填充的储罐3的液体容器5b的区域II中的结构，由穿口8a组成，所述穿口通过盘形的加强装置8b支持，所述加强装置本身通过筛网8c遮盖。
通过将推进剂管理装置5集成在所述布置结构中，在所述储罐3的出口区域中在所述锥形的推进装置支架的用于将推进装置载荷导入到所述初级结构1中的载荷承载功能方面支持所述推进装置支架2。载荷路径在此主要穿过所述锥形的推进装置支架2，从而使得不需要附加的支撑。在其他方面，所述导板具有其毛细功能，以便连接液体、将液体引导到储罐3的下部分中并且将所述液体保持在那里。需指出的是，在图1和2中可看到的区域I也设有这种导板4a和可再填充的液体容器5b。
因为火箭级的直径和高度的优化也与整个承载件构型有关，因此对于火箭级的承载件能力的优化重要的是，储罐的直径和长度可变化。因此通过纯粹球形的储罐穹顶可能会产生相对大的空体积，其结果是会使得承载件级没有必要地大，所以这种储罐的纯粹的球形状不是在任何情况下都是最佳的。因此在图4至7中示出储罐的可能的变型方案，其在一些情况下是更好的匹配方案。其可以是如图5中所示的具有圆柱形中间段9的储罐、图6中的具有基本上椭圆形的穹顶10的储罐或者如图7中所示的具有截球形穹顶11的储罐11。
在基本上锥形的推进装置支架2的情况下，分隔壁2b一方面利用锥形的环2a（所谓的锥形储罐连接环（英语为Conical Tank AttachmentRing））向着初级结构1延长并且另一方面借助于储罐延长部2c向着推进装置4延长，如图9中所示的那样。储罐延长部2c在此允许更好地导入致动器调节力和推进装置力。但是该布置结构不十分紧凑并且同时比那些不具有这种储罐延长部2c的方案复杂。为了另一方面更好地利用现有的体积，对此替代地也可以完全放弃所述锥形的环2a，如图9中所示的那样。但是在这种情况下，所述承载件的载荷必须被储罐壳承担。
在前面描述的布置结构的情况下，推进装置支架锥形地构成。但是视系统要求而定也可以不同于该形状。在图10和11中示出具有分别弧形弯曲的纵向面的支架。这可以要么如图10中所示通过凹下的弯曲部13实现，要么可以根据图11通过凸出的弯曲部14实现。推进装置支架的纵向面的最佳弯曲部的选择在此特别是取决于两个储罐室I和II之间的差压，此外还取决于连接在初级结构上的连接点和两个储罐室I和II的所需的体积。在任何情况下，在考虑弧形弯曲的纵向面时必须确保：所述差压总是在所述弯曲部的方向上起作用，因为否则会出现形成凹坑的危险。推进装置载荷的载荷变化曲线也是更不利的，因为其不再形成直线，并且此外这种锥形结构的制造更复杂。

Claims (10)

1.一种运行空间飞行器的火箭级，其具有相应至少一个用于分隔地储存推进剂和氧化剂的储罐、至少一个推进装置、至少一个推进装置支架以及具有一个初级结构，所述初级结构使不同的部件相互连接，其特征在于，所述推进装置支架（2）的至少一部分设置在所述储罐（3）的内部，其中，所述推进装置支架（2）的部分（2b）这样完全闭合地构造在所述储罐（3）的内部，使得在所述储罐（3）中形成相互分隔开的、用于储存所述推进剂的组分的区域（I，II）。
2.根据权利要求1所述的火箭级，其特征在于，设有附加地设置在所述储罐（3）内部的推进剂管理装置（5），所述推进剂管理装置配备有导板（5a）。
3.根据权利要求2所述的火箭级，其特征在于，所述推进剂管理装置（5）配备有可再填充的液体容器（5b）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述推进装置支架（2）借助于基本上锥形的环（2a）与所述初级结构（1）连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述推进装置支架（2）附加地借助于盘形的加强装置（8b）与所述推进装置（4）连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述推进装置支架（2）通过延长部（2c）与所述推进装置（4）连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述储罐（3）基本上球形地构成。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述储罐配备有基本上椭圆形的穹顶（10）。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述储罐配备有基本上截球形的穹顶（11）。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的火箭级，其特征在于，所述储罐配备有圆柱形的中间段（9）。
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