CN105358430B - 用于可重复使用的运载交通工具的推进单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于可重复使用的运载交通工具的推进单元，该推进单元包括由支架(2)支承的火箭发动机(4)。根据本发明，所述支架(2)包括用于将所述单元组装至所述单元待被连接至的所述交通工具的结构上的至少三个附接元件(9)；所述至少三个附接元件限定了用于移除所述单元的平面(12)，并且在该平面(12)中，所述单元包括所述发动机(4)的一个或更多个流体连接器或电连接器，所述连接器中的每一者包括自由端(11)，所述自由端与用于供给交通工具的相应的回路组装，所述单元待连接至交通工具，所述自由端中的至少一些自由端的稍端被包含在所述拆解平面(12)中。

Description

用于可重复使用的运载交通工具的推进单元
技术领域
本发明涉及用于可重复使用的运载交通工具的推进单元以及配备有该类型的推进单元的运载交通工具。
此外，本发明的目的是提供处理组件，使得该类型的推进单元能够在地面上被快速且完全安全地更换。
背景技术
在空间领域中存在对于可重复使用的运载交通工具或负载运输交通工具日益增长的需要。
这种需要特别出现在对于研发卫星尤其小型卫星并且将其放入轨道的对于削减成本的需要，这样所述成本的大小限制当前的空间使用。
因此，小型卫星仅可作为大型卫星附加物或与其他小型卫星组装在同一发射器上发射。
因此，适当的是需要一种空间运载交通工具，其运行成本可允许小型卫星的专门发射。
此外，本发明还涉及用于负载和/或空间乘客运输而出现的商用需要，不论是否用于科学任务，比如去往国际空间站(ISS)或还用于空间观光。
可重复使用的交通工具在本领域是已知的，比如航天器，换句话说，是能够从地面发射、到达空间并且在地球着陆的交通工具。
鉴于起飞和着陆阶段是通过航天器的涡轮喷气发动机来实现的，因此通常借助于火箭发动机实现用于使乘客失重的推进阶段。
为了优化商业潜力，这些航天器必须能够保证规律的启程(departure)，例如以每周一次启程的频率。
如果这些航天器的结构材料允许该启程频率，那么航天器的火箭发动机——虽然可重复使用——在每次启程之后必须被拆解进行维护及更换推进剂填料。
在这些航天器中的火箭发动机的现有结构使得其拆解或组装是特别耗时并且费力的。
特别地，这些火箭发动机通过流体连接器和电连接器连接，因此在火箭发动机组装/拆解之前，致力于将这些火箭发动机连接/断开连接的技术人员难以接近所述流体连接器和电连接器。
因此，非常需要对于航天器上的可重复使用的火箭马达的接口结构的优化。
本发明旨在通过提供具有特别简单的设计和操作方法的用于空间交通工具的推进单元来克服以上阐述的缺点，推进单元在空间交通工具的结构中的布置使得能够更容易组装/拆解操作以用于维护。
发明内容
为此，本发明涉及用于可重复使用的运载交通工具的推进单元，该推进单元包括由支架支承的火箭发动机。
根据本发明，
-所述支架包括至少三个固定构件，以用于将所述单元组装在所述单元待附接至的所述交通工具的结构上，
-所述至少三个固定构件限定用于拆解所述单元的平面，并且
-所述单元包括所述发动机的一个或若干个流体和/或电连接器，这些连接器中的每个连接器包括自由端，所述自由端将与用于供给交通工具的对应的回路组装，所述单元待连接至所述交通工具，所述这些自由端中的至少一些自由端的稍端被包含在所述拆解平面中。
用于固定和支承火箭发动机的支架有利地设计作为平面的或大体平面的紧凑部件。因此，在发动机组装/拆解操作期间维护技术人员能够介入，因此技术人员因而可以接近推进单元的放置在同一平面上的所有附件和连接件。
航天器结构上的进入舱口或多个进入舱口也有利地位于同一平面上。实际上，由于推进单元的所有附件和连接件位于同一平面上，因此单个检查口也满足要求。替代性地，可以在彼此靠近的对称位置中设置两个舱口，以允许维护操作。
仅作为说明，所述交通工具具有纵向轴线，所述拆解平面是横向于所述轴线的平面。
所述发动机安装在支架的中央或中央区域中。发动机/支架连接优选地通过万向连接器实现，以允许发动机在其操作期间的取向。
在该推进单元的不同具体实施方式中，每个实施方式具有其具体优点并且以多种可能的技术组合公开：
-所述连接器的每个连接器的自由端的稍端包含在所述拆解平面中，
-所述推进单元包括至少一个锚固构件，所述至少一个锚固构件用于阻止发动机相对于所述支架旋转，所述至少一个锚固构件首先连接至所述发动机并且随后连接至所述支架上的对应的锚固点，
-所述支架被延伸成沿其横向尺寸具有前表面和后表面，所述前表面用于与所述发动机组装，所述前表面限定所述支架的包含所述前表面的至少一个部段的前平面，所述至少一部段具有允许固定所述发动机的锚固构件的尺寸。
仅作为说明，支架具有选自包括下述项的组中的形状：盘形、十字形或者也就是X形、A形、H形、Y形、T形……
有利地，所述后表面限定了所述支架的后平面，从而所述前平面与所述后平面平行或大致平行。
支架优选地包括至少两个不同的分支，这些分支在其远端处包括一个或若干个固定构件，以用于将所述单元组装在所述单元待附接至的所述交通工具的结构上。
“远端”指的是当支架不连接至交通工具结构时分支的自由端或侧边缘。
仅作为说明，这些固定构件包括设置有孔口的凸耳，如螺栓之类的固定的构件轴穿过所述孔口。
-由于支架包括至少两个不同的分支，所述推进单元包括两个锚固构件，这些锚固构件中的每个锚固构件连接至所述支架的不同分支，
-由于支架包括至少两个不同的分支，所述推进单元包括两个锚固元件，这些锚固元件中的每个锚固元件连接至所述支架的不同分支。
为了为发动机定向，除了万向连接器之外两个液压伺服致动器也进行操作以供给用于定向喷嘴所需要的增加的功率。
发动机可有利地通过围绕方向y和z成±5°的角度而定向，其中，轴线x沿推进单元的纵向轴线放置。
-所述至少一个锚固构件是锁定的伺服致动器。
该锁定的伺服致动器可以是以机械的方式锁定的伺服致动器或包括伺服致动器和连接杆的组件，所述连接杆用于以机械的方式锁定所述伺服致动器。
-所述分支中的至少一些分支包括用于接纳支承所述支架的处理装置的臂的壳体。
所述壳体优选地放置在对应分支的远端处。
有利地，所述壳体具有中空的管状形状，具有横向于所述壳体的纵向轴线的轴线的孔口允许引入固定件以确保所述支承臂锁定在所述壳体中。
本发明还涉及配备有前述推进单元的运载交通工具。
该运载交通工具有利地是航天器，所述航天器设置有保证航天器从机场跑道起飞/着陆的两个涡轮喷气发动机、并且设置有火箭发动机，所述火箭发动机在释放弹道运动阶段到达至少一百(100)km的高度之前允许航天器仅达到至少六十(60)千米的高度。
在实用型式中，该运载交通工具设置有至少一个储存区域，所述至少一个储存区域能够接纳负载，比如小型卫星并且还能够用于所述卫星的轨道运动系统，特别地包括推进装置。该储存区域优选地配备有至少一个铰接的且可伸缩的臂，这允许该小型卫星被操纵从而其能够被放置在轨道中或恢复其轨道。
在乘客运输型式中，该运载交通工具包括具有一个或若干个座椅的客舱。该客舱还设置有多个窗，这确保乘客可以看到航天器外的视野。
在这些窗的附近设置有抓握装置比如柄以允许乘客在失重时抓握。
当然，航天器可以同时包括用于接纳一个或若干个乘客的客舱和负载储存区域。
此外，本发明的目的在于提供用于组装/拆解如前述的推进单元的处理组件，以及其运输。
根据本发明，该组件包括：
-两个纵向轨，所述两个纵向轨分别包括第一导轨部分和第二导轨部分，该第一导轨部分被组装至交通工具的结构的内侧上，该第二导轨部分与底盘是一体的，
-所述底盘至少在竖直位移方面是可移动的，以使得同一纵向轨的所述导轨部分能够以端至端的方式放置以形成两侧纵向导轨，以及
-托架，所述托架能够沿着所述纵向轨沿直线运动，所述托架包括两对可拆卸的支承臂，所述臂中的每个臂用于将所述支架组装至支承所述单元，以在所述单元已经从所述单元附接至的交通工具结构拆解之后来支承所述单元。
根据一实施方式，配备有连接杆的该可动托架经由火箭发动机的发动机架或支架保证火箭发动机的质量的恢复。该可动托架保持发动机，其中，当发动机从交通工具断开连接时所述发动机在导轨上滑动并且与本身设置有轨的处理底盘接触。该处理底盘接纳由可动托架保持的发动机。
在该处理组件的不同具体实施方式中，每个实施方式具有其具体优点并且以多种可能的技术组合公开：
-所述托架包括两个纵向结构部，所述两个纵向结构部(21)配备有适于确保所述托架沿所述导轨的运动的行进装置，所述纵向部相对于彼此侧向地间隔开并且通过机械加强部连接至彼此，从而防止当所述托架支承所述推进单元时在所述部分之间的任何间隙，所述托架由此限定了能够在所述托架被引入所述交通工具时在所述纵向部之间接纳推进单元的所述发动机的叉形部。
该机械加强部有利地是连接杆。
-所述底盘能够以竖向位移的方式移动以确保所述导轨部分在视野中。
所述底盘优选地以能够在低的静止位置与高的工作位置之间移位的方式安装在铰接结构上，所述铰接结构是可移动的。
仅作为说明，该铰接结构是剪状结构，所述剪状结构与可动底盘是一体的，比如配备有轮的底盘。
-所述底盘具有呈U形形状的横截面，以在没有损坏所述推进单元的任何风险的情况下接纳所述托架。
-所述支架呈十字形或也呈X形形状，所述可动托架包括两对可拆卸的支承臂，每个臂用于组装在该支架的不同分支上，以在所述单元已经从所述单元所附接至的交通工具的结构拆解之后来支承所述单元。
有利地，所述组件包括用于将所述臂的端部固定在所述支架的分支上的固定部分。
例如，这些固定部分是金属铰链。
所述两对支承臂中的至少一个臂优选地包括主连接杆和副连接杆，该主连接杆用于将所述支架的分支连接至所述托架，该副连接杆也称作横向连接杆并且以倾斜的方式将主连接杆连接至所述托架，以此方式阻止所述支架相对于所述托架旋转。
附图说明
本发明的其他优点、目的和具体特征将通过下列关于附图的意在说明性而非限制性的描述呈现，在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的具体实施方式的推进单元；
-图2是图1中推进单元的从下方观察的视图；
-图3是图1中推进单元的立体图，示出了放置在支架的拆解平面中的流体连接器和电连接器的连接头；
-图4示意性地示出了根据本发明的具体实施方式的图1中的推进单元的处理组件；
-图5示出了推进单元的拆解阶段中借助于图4中的处理组件的一个阶段，其中，推进单元总是与运载交通工具的结构一体，被引入航天器中的可动托架的臂组装在推进单元的支架上，为了清楚起见在此处透明地示出航天器的后部部分；
-图6是图5的放大视图，透明地示出了仅航天器的后部部段以示出航天器的围护结构上的导轨的组件，以及推进单元的支架上的可动托架的臂的组件，所述组件的目的在于随着推进单元拆解支承推进单元；
-图7是图6的立体图，示出了航天器的后部部段，可动托架仍放置在航天器的内侧并且借助于可动托架的臂组装在推进单元上以用于将推进单元移除；
-图8是图6的立体图，其中，将推进单元已被从航天器的后部部段部分地移除并且被接纳在可动底盘上以用于处理；
-图9是图6的示出了航天器整体的立体图，推进单元从所述航天器的后部部段完全取出并且被接纳在处理组件的可动底盘上，所述处理组件仍连接至航天器的后部部段；
-图10示出了被接纳在图4中的处理组件上的图1中的推进单元。
具体实施方式
首先，应指出的是附图未按比例。
图1至图3示出了根据本发明的优选实施方式的用于可重复使用的航天器的推进单元1。
该推进单元1包括支架2或发动机架，在所述支架2或发动机架上通过万向连接器3安装有火箭发动机4。支架2优选地以金属材料或复合材料实现。作为说明，在本案中以铝合金实现。
该火箭发动机4包括供给推进剂以在喷嘴5中产生随着加速被喷射的燃烧气体以提供航天器所需推力的推进器或发动机。该推力通过支架2的斜板(slant)传递至航天器结构。
该推进器通过多个喷射器的斜板被有利地供给诸如液态甲烷之类的燃料并且被供给诸如液态氧之类的氧化剂，从而确保推进器中这些推进剂的雾化和混合。
这些喷射器连接至泵送回路，从而允许将氧化剂和燃料供给推进器。放置在喷嘴5的侧部处的辅助喷嘴6确保在燃料和氧化剂泵送期间产生的气体逸出。该辅助喷嘴6提供了至航天器的附加推力。
喷嘴5由单个被冷却的件构成，以使得喷嘴5能够忍耐喷射的燃烧气体的高温。喷嘴5限定了对称的纵向轴线X-X’。
在该情况下，支架2呈十字的形式，该十字限定了接口平面。喷嘴5围绕轴线X-X’的旋转被两个以机械方式锁定的伺服致动器7、8阻止。每个伺服致动器7、8首先连接至喷嘴5并且随后连接至支架分支2，所述分支是单独的且相连的。
组件由支架2、发动机以及伺服致动器7、8形成从而构成固定的组件，在航天器的结构上的所述组件的固定处实现该固定的组件的拆解。
在该情况下，支架2的分支的自由端包括具有孔口的凸耳9，如螺栓之类的固定构件轴能够穿过所述孔口。
此外，为了在保持高水平的机械阻力的同时减轻支架2的重量，十字的每个分支是中空的但包括加强肋10。
推进单元1包括流体循环管线和供电管线，循环管线和供电管线各自包括在其自由端处的可拆卸的连接器、或者待组装在或连接至该推进单元1将连接至的航天器的对应回路的连接头，推进单元1的这些连接头11中的全部都未超过或甚至突出超出通过支架2的分支的拆解平面12。因此，推进单元的拆解平面12是推进单元与待安装该单元的交通工具的接口平面。
流体循环管线和供电管线的连接头11有利地放置在拆解平面12中的支架分支2的自由端处。
主发动机推进剂的供给管线有利地定位在支架2的两个相连的分支之间，以允许技术人员易于接近航天器的内部。
本发明还涉及用于组装/拆解以上描述的推进单元1的处理组件。
图4和图10示出了根据本发明的具体实施方式的以上描述的推进单元的处理组件。
该处理组件包括底盘13，该底盘13具有U形横截面，比如从而限定接纳推进单元的壳体。该底盘13在其上端上还包括第一对侧导轨14并且该底盘13以能够在低的静止位置与高的工作位置之间移动的方式安装在剪状的铰接结构15上。
该铰接结构15与平台16是一体的，该平台16配备有轮24以确保底盘13的运动。
该处理组件还包括第二对导轨17，该第二对导轨17在推进单元的任一侧上被直接地组装在航天器的围护结构上，所述第二对导轨17的处理必须得到保证。
当这些导轨17安装在航天器的内部结构上时，这些导轨17是平行的或大致平行，以限定用于可动托架18能够沿这些导轨移动的行进轨道。
该第二对导轨17还具有确保当第二对导轨17安装在航天器的内部结构上时第二对导轨17穿过该航天器的后部部段的纵向尺寸，以使得由可动底盘13支承的第一对导轨14可以面对第二对导轨17以形成航天器的后部部分的内侧与放置在航天器的外侧比如在机场跑道上的可动底盘13之间的连续行进的轨道。
因此，当拆解时，推进单元可以以此方式从航天器的后部部段传递至底盘13上以使得所述推进单元经由可动支架18而仅仅通过所述底盘支承，所述可动支架18被接纳在设置在该端部的壳体中。
该壳体的U形轮廓以及尺寸有利地允许通过接触避免了当推进单元由此被接纳在底盘上时推进单元的任何劣化。
为了确保当推进单元被拆解时对推进单元的支承，托架18包括两对支承臂19，所述两对支承臂中的每对支承臂放置在托架18的侧边缘上，以使得同一对支承臂中的每个支承臂19组装在支架2的不同的、较高的或较低的分支上。
因此，可沿着由以端至端的方式放置的第一对导轨14和第二对导轨17创建的行进轨道沿直线移动的托架18借助于托架18的支承臂19连接至支架2的分支的每个分支。
为了允许托架18的定位，每个支承臂19是可拆卸的，以这种方式支承臂19可以由已经进入航天器的后部部段的技术人员将支承臂19独立于托架18组装至支架2的对应的分支。为了实现上述，被连接的固定部分20事先组装至对应的分支，目的在于接纳并保持对应的支承臂19的端部。
然而，该托架18包括两个纵向结构部21，所述两个纵向结构部21配备有能够保证该托架18沿导轨14、17的运动的行进装置22，这些纵向部21一者相对于另一者沿侧向间隔开并且通过机械加强部23连接至彼此，在该情况下该机械加强部23是连接杆，以此方式从而防止当所述托架18支承推进单元时在这些纵向部21之间的任何间隙，该托架18由此限定了能够在托架18被引入所述交通工具时在所述纵向部21之间接纳推进单元1的火箭发动机4的叉形部。支承臂19的另一端与托架18的这些纵向部21一体地形成。
因此，本发明有利地允许在维护期间运载交通工具的火箭马达或多个火箭马达的拆解、更换和重新组装的周期最小化。

Claims (16)

1.一种用于可重复使用的运载交通工具的推进单元，所述推进单元包括由支架(2)支承的火箭发动机(4)，其特征在于，
-所述支架(2)包括至少三个固定构件(9)，以用于将所述推进单元组装在所述推进单元待附接至的所述运载交通工具的结构上，
-所述至少三个固定构件限定用于拆解所述推进单元的拆解平面(12)，以及，
-所述推进单元包括所述发动机(4)的一个或若干个流体和/或电连接器，所述连接器中的每个连接器包括自由端(11)，所述自由端(11)将与用于供给所述运载交通工具的对应的回路组装，所述推进单元待连接至所述运载交通工具，所述自由端(11)中的至少一些自由端(11)的稍端被包含在所述拆解平面(12)中。
2.根据权利要求1所述的推进单元，其特征在于，所述连接器中的每个连接器的所述自由端(11)的稍端包含在所述拆解平面(12)中。
3.根据权利要求1或2所述的推进单元，其特征在于，所述推进单元包括用于阻止所述发动机(4)相对于所述支架(2)旋转的至少一个锚固构件(7、8)，所述至少一个锚固构件(7、8)首先连接至所述发动机并且随后连接至所述支架(2)上的对应的锚固点。
4.根据权利要求3所述的推进单元，其特征在于，所述支架(2)被延伸成沿其横向尺寸具有前表面和后表面，所述前表面用于与所述发动机(4)组装，所述前表面限定了所述支架(2)的包含所述前表面的至少一个部段的前平面，所述至少一个部段具有允许固定所述发动机(4)的锚固构件(7、8)的尺寸。
5.根据权利要求4所述的推进单元，其特征在于，所述支架(2)具有选自包括下述项的组中的形状：盘形、十字形、A形、H形、Y形、T形。
6.根据权利要求4所述的推进单元，其特征在于，所述后表面限定了所述支架(2)的后平面，从而使得所述前平面与所述后平面平行或大致平行。
7.根据权利要求3所述的推进单元，其特征在于，所述支架包括至少两个不同的分支和至少两个锚固构件(7、8)，所述锚固构件(7、8)中的每一者连接至所述支架(2)的不同的分支。
8.一种运载交通工具，所述运载交通工具配备有根据权利要求1至7中的任一项所述的推进单元。
9.一种处理组件，所述处理组件用于组装/拆解根据权利要求1至7中的任一项所述的推进单元以及对所述推进单元进行运输，其特征在于，所述处理组件包括：
-两个纵向轨，所述两个纵向轨分别包括第一导轨部分(14)和第二导轨部分(17)，所述第一导轨部分(14)待组装至运载交通工具的结构的内侧上，所述第二导轨部分(17)与底盘(13)成一体，
-所述底盘(13)至少在竖向位移方面是可移动的，以使得同一纵向轨的所述第一导轨部分(14)和所述第二导轨部分(17)能够以端至端的方式放置以形成两个侧纵向导轨，以及
-托架(18)，所述托架(18)能够沿着所述纵向轨沿直线移动，所述托架(18)包括两对可拆卸的支承臂，所述支承臂(19)中的每个支承臂用于组装至支架(2)的不同的分支，以在所述推进单元已经从所述推进单元所附接至的运载交通工具的结构拆解之后来支承所述推进单元。
10.根据权利要求9所述的处理组件，其特征在于，所述托架(18)包括两个纵向结构部(21)，所述两个纵向结构部(21)配备有适于确保所述托架(18)沿着所述纵向轨的运动的行进装置(22)，所述两个纵向结构部(21)相对于彼此侧向地间隔开并且通过机械加强部(23)连接至彼此，从而防止当所述托架(18)支承所述推进单元时在所述两个纵向结构部(21)之间的任何间隙，所述托架(18)由此限定了叉形部，所述叉形部能够在所述托架(18)被引入所述运载交通工具时在所述两个纵向结构部(21)之间接纳所述推进单元的发动机(4)。
11.根据权利要求9或10所述的处理组件，其特征在于，所述底盘(13)能够以竖向位移的方式移动以确保所述纵向轨在视野中。
12.根据权利要求11所述的处理组件，其特征在于，所述底盘(13)以能够在低的静止位置与高的工作位置之间移位的方式安装在铰接结构(15)上，所述铰接结构(15)是可移动的。
13.根据权利要求9所述的处理组件，其特征在于，所述底盘(13)具有呈U形形状的横截面，以在没有损坏所述推进单元的任何风险的情况下接纳所述托架(18)。
14.根据权利要求9所述的处理组件，其特征在于，所述支架呈十字形或者呈X形形状，所述托架包括两对可拆卸的支承臂，每个所述支承臂用于组装在所述支架的不同的分支上，以在所述推进单元已经从所述推进单元所附接至的运载交通工具的结构拆解之后来支承所述推进单元。
15.根据权利要求14所述的处理组件，其特征在于，所述处理组件包括用于将所述支承臂(19)的端部固定在所述支架(2)的分支上的固定部分(20)。
16.根据权利要求14或15所述的处理组件，其特征在于，两对所述支承臂(19)中的至少一个支承臂(19)包括主连接杆和副连接杆，所述主连接杆用于将所述支架(2)的分支连接至所述托架(18)，所述副连接杆也称作横向连接杆并且以倾斜的方式将所述主连接杆连接至所述托架，以此方式来阻止所述支架(2)相对于所述托架旋转。
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