CN103575170A

CN103575170A - 高效火箭

Info

Publication number: CN103575170A
Application number: CN201210287673.0A
Authority: CN
Inventors: 牛中尧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-02-12

Abstract

高效火箭是一种能够运载有效荷载高速飞行的装置。主要由内部安装的可移动发动机及发射炮构成的单级火箭。其主要技术特征是：1、发动机可在箭体内移动，移动过程中即时熔弃无效结构荷载；2、可配备发射炮实现助推作用。主要优点有三：1、高效火箭能即时熔弃随时产生的无效结构荷载；2、用发射炮进行发射实现了对火箭的助推；3、火箭的整体成本大幅下降。

Description

高效火箭

技术领域

高效火箭是用来将有效荷载(导弹、卫星、太空舱等)运送至天际或太空的装置。

历史背景

目前，世界上的火箭技术在齐奥尔科夫斯基火箭理论的指导下，得到了突飞猛进的发展，齐奥尔科夫斯基在他的“用火箭推进器探索宇宙”中提出了理想速度公式。该公式的形式为

V＝B*ln[(Mt+Mj)/Mj]

式中V---火箭的末速度

B---火箭的比冲，即喷气速度

Mt---火箭推进剂荷载

Mj---火箭推进剂以外的荷载

公式只所以称它为理想速度公式，是因为它没有考虑环境因素的影响(如地球引力，气动阻力，重力加速度递减等)。为提高火箭的速度，通常采取以下三种方式：

第一，尽量采用高比冲的推进剂；

第一，采用高强度的轻质结构材料；

第二，尽可能的增加火箭推进剂的质量。

整体看来前两种办法受目前科技水平的限制，第三种办法在增加了推进剂的同时也相对的增加了无效结构荷载，其结果是火箭的末速度只能得到有限的提高，由此可看出只有解决掉火箭在飞行过程产生的无效荷载，火箭的末速度才能得到真正的大幅度提高。另外大型运载火箭为了提高推进力，比较普遍的做法是使用捆绑式助推火箭，这种火箭在对主火箭实现助推的同时还要完成对增加的助推火箭的助推。也可以说是又增加了对助推火箭的助推，更直白的说是对更多的无效荷载的助推。采用助推火箭及增加推进剂质量这两个方案，就其目前所处的技术状态看，还有待继续发展。

根据火箭目前的技术状态，本人在有限的条件下，对火箭进行了认真的分析研究，产生了一种火箭技术方案高效火箭，如果此方案能真正实施的话，便可解决火箭运行过程中产生的废弃荷载的即时抛弃问题和火箭的助推问题，高效火箭还是有某些局限性的，但是如果高效火箭确实可行的话，无疑将迎来火箭技术一个新的时代，也就是理想火箭的时代。

经过专利检索还没有发现与高效火箭相同或相近的技术方案。

发明内容

高效火箭的目的在于完成了火箭目前存在的两个技术问题的任务：首先解决了火箭飞行过程中队无效荷载的限时抛弃问题，其次解决了不用助推火箭助推的技术问题。

高效火箭的任务是以如下方式完成的：首先高效火箭采用单级形式，发动机采用可在火箭内移动的发动机，安装在移动式发动机喷嘴周围并与之连通的环状波浪型熔壁喷嘴，其位置始终处于与火箭壳体底部的凹凸端对应的位置。火箭凹凸端的凸部坐落在移动式发动机的限位环上。移动式发动机的顶部与火箭壳体的上部内侧之间连接有滑轮组，滑轮组的作用是限制并牵引移动式发动机，滑轮组的拉力绳由卷扬机牵引。高效火箭的整体构造可看成是一部气缸，火箭的壳体是其气缸壁，移动式发动机便是其内部的活塞。移动式发动机工作时，只要控制住火箭壳体熔化速度与移动式发动机的移动速度始终保持一致，便可实现火箭的正常飞行。这样便实现了即时抛弃火箭飞行中所产生的无效结构荷载，达到火箭飞的更高，更快，更远的目的。或许人类在不久的将来便能乘坐近乎理想的火箭遨游太空了。高效火箭即便与现行的单级火箭相比也具有较大的优势，与多级火箭相比优势就更加明显了，即精减了结构及相应的辅助系统，飞行中又避免了无效荷载的携带，火箭推进剂荷载更是大幅减少。

其次，高效火箭是采用以下方式实现助推的，将外部包围了护筒的火箭安装在发射炮内，发射时将整个火箭象炮弹一样由发射炮抛射出去。发射炮的作用是对火箭实施助推及使火箭获得需要的速度。根据火箭的类型不同，可分别采用移动式发射炮和固定式发射炮。在护筒底部的发射炮的炮膛内安装抛射药及雷管。工作流程为雷管引爆抛射药，护筒及被其包围的火箭一起被发射炮内瞬间产生的高温高压气体抛射出去。待达到需要的速度和高度时，实现火箭与护筒分离，在箭筒分离的同时，点燃火箭继续升空。

发射炮式助推火箭与捆绑式助推火箭相比具有以下优点：1、结构变得更加简单2、无效荷载减少，3、成本也相应的得到更大程度的降低。

下面用理论推导的方式研究一下高效火箭的可行性，依据理想速度公式进行分析

V＝B*ln[(Mt+Mj)/Mj]

根据高效火箭的设计理念，假设高效火箭每秒钟消耗的推进剂和熔弃的结构荷载占高效火箭总荷载M0的比重为k，火箭运行的时间为t，则有

V＝B*ln[M0/M0(1-kt)]

＝B*ln(1-kt)-1

另设高效火箭通过发射炮获得的速度为Vp，则有

V＝Vp+B*ln(1-kt)-1

由这个公式可看出在推进剂消耗的过程中，结构荷载也随之熔弃，火箭在不断的轻装前进，而且速度也越来越快。燃料耗尽时只剩下有效荷载和少量的残余结构荷载，在实施高效火箭的过程中，只要控制住(1-kt)-1这个重要指标，单级高效火箭就能按照人类的愿望实现。

附图说明

下面结合附图阐述一下高速火箭

图1，高速火箭示意图；

图2，发射炮示意图。

如图1所示高速火箭示意图，如果把高速火箭整体形象的看做是一个气缸的话，那么移动式发动机01及外壁02就像气缸的活塞，火箭壳体03就是气缸缸体。移动式发动机01在火箭壳体03内移动。移动式发动机喷嘴04与其周围的环状波浪型熔壁喷嘴05连通，移动式发动机01内的火焰通过熔壁喷嘴05的喷口06直接喷向与火箭壳体03位置相对应的波浪状凸凹端07，喷口06始终与凸凹端07位置对应着持续熔化凸凹端07。凸凹端07的凸部08坐落在火箭周围的限位环09上.移动式发动机01的顶部与火箭顶端壳体03的内侧由滑轮组10连接，导引绳11由安装在移动式发动机01顶部的卷扬机12牵引。

如图2所示抛射式高速火箭示意图，护筒13内部安装火箭14，整体坐落于发射炮15内。炮膛装填抛射药16与雷管17。

具体实施方式

在高效火箭低空近地轨道实施时可直接实施高速火箭，如图1所示移动式发动机01安装在火箭壳体03内。移动式发动机喷嘴04与其周围的环形波浪状熔壁喷嘴05连通，移动式发动机01内的火焰通过熔壁喷嘴05的喷口06直接喷向与火箭壳体03位置相对应的波浪状凸凹端07，喷口06始终与凸凹端07位置对应着持续熔化凸凹端07。凸凹端07的凸部08坐落在火箭周围的限位环09上.移动式发动机01的顶部与火箭顶端壳体03的内侧由滑轮组10连接，导引绳11由安装在移动式发动机01顶部的卷扬机12牵引。

在高效火箭高空远地轨道运行或者需要助推时可直接实施发射炮式高速火箭如图2所示，护筒13内部安装火箭14，整体坐落于发射炮15内。炮膛装填抛射药16与雷管17。

Claims

1.高效火箭由移动式发动机01、火箭壳体03、发动机喷嘴04、环状波浪型熔壁喷嘴05、限位环09、滑轮组10、卷扬机12、及可配备的发射炮14构成，其主要技术特征是：移动式发动机01在自身推力滑轮组10的牵引下，随着火箭壳体03的凹凸端07的不断熔化，而与凹凸端07一起在保持相对静止的状态下，逐渐移动到火箭的顶端。

2.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：移动式发动机01上端通过滑轮组10与火箭壳体03顶部内侧连接。

3.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：滑轮组10的导引绳11由卷扬机12牵引。

4.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：移动式发动机01的周围有与之连通的环状波浪型熔壁喷嘴05。

5.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：移动式发动机01的外壁02火箭壳体03的内壁内滑动。

6.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：在移动式发动机01周围的熔壁喷嘴05的下部是限位环09。

7.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：火箭壳体的凹凸端07的凸部08坐落在限位环09上。

8.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：火箭14安装在护筒13内部并与其一起安装在发射炮15内。

9.权利要求书1所述的高效火箭，其特征是：在发射炮15炮膛内装填发射药16与雷管17。