CN110002008A - 运载器及气体反推火箭 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种运载器及气体反推火箭，该气体反推火箭包括：均匀设置在下一级火箭外部的多个反推喷嘴，反推喷嘴与下一级火箭的燃料箱或存储有增压气体的氧化剂箱连通；反推喷嘴的喷出方向与下一级火箭的分离方向相反；控制阀门，其设置在反推喷嘴与燃料箱的连通路径上，或设置在反推喷嘴与氧化剂箱的连通路径上。本发明所述的运载器及气体反推火箭具有结构简单、可操作性强和生产、使用成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天领域，且特别涉及一种运载器及气体反推火箭。
背景技术
常规液体火箭分离使用的反推火箭一般采用小型固体火箭，其直径通常小于300mm，固体小火箭通过喷出高速燃气产生推力，为运载火箭及战略武器级间分离提供动力。在液体运载火箭一子级飞行结束，为了保证二级发动机点火前与一子级保持安全距离，需要反推火箭在短时间内将一子级控制到安全距离外，避免与二级发生碰撞等。
我国主要的液体运载火箭型号均采用固体反推火箭为一二级分离提供驱动力，反推火箭的推力范围为数千牛至上万牛，工作时间约均不大于1s。
现有的反推火箭在应用的过程中，存在以下缺点：
1.由于小型固体火箭属于火工品类，操作上只允许熟悉火工品性能的工作人员参与，在操作前应泄放工作人员身上静电，且不允许有酸碱易燃易爆及腐蚀性物质接触，操作上的限制性较强，适应性较低。
2.反推火箭工作时会产生大量的高温燃气，需要对燃气影响区域采取隔热防护措施。
3.小型固体火箭造价昂贵，不利于经济效益最大化。
因此，如何提供一种能避免现有反推火箭缺点，且经济效益好的反推火箭是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决至少部分上述技术问题，本发明提供一种气体反推火箭，其中，该气体反推火箭设置在下一级火箭上，其包括：均匀设置在所述下一级火箭外部的多个反推喷嘴，所述反推喷嘴与所述下一级火箭的燃料箱或存储有增压气体的氧化剂箱连通；控制阀门，其设置在所述反推喷嘴与所述燃料箱的连通路径上，或设置在所述反推喷嘴与所述氧化剂箱的连通路径上。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述气体反推火箭还包括控制器，其与所述控制阀门和上、下两级火箭的级间连接件上的爆炸螺栓连接。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述控制阀门和所述爆炸螺栓同时接受到所述控制器发出的分离指令。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述控制阀门响应所述分离指令的时间比所述爆炸螺栓响应所述分离指令的时间晚5～15ms。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述反推喷嘴的数量为2～6个。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述控制阀门为电爆阀门或电磁阀门。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述控制阀门设置在所述下一级火箭的内部。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述反推喷嘴为拉法尔喷管。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述反推喷嘴为圆台型。
在某些实施方式中，所述的气体反推火箭中，所述气体反推火箭产生的反推力F的计算公式为：
F＝qmv+Ae(pe-pa)
其中，pa表示下一级火箭所处环境大气静压值，pe表示反推喷嘴出口处的压力值，Ae表示反推喷嘴出口处的面积值，qm表示反推气体流量，v表示喷气速度，Cq表示反推气体流经管路阻力系数，ρ表示燃料箱或氧化剂箱内气体密度，Δp表示压力差，取值0.5MPa。
本发明另一方面还提供一种运载器，其包括上述所述的气体反推火箭。
本发明实施例的运载器及气体反推火箭至少具有如下之一的有益效果：
本发明所述的气体反推火箭中，反推喷嘴将下一级火箭燃料箱或氧化剂箱内的气体喷向下一级火箭分离的反方向，利用喷出气体的推动力，推动下一级火箭向其分离方向运动，避免下一级火箭与上一级火箭碰撞，解决现有技术中需要额外配备新的小型固体反推火箭的高成本，低效率的问题。同时，本发明所述的气体反推火箭结构简单、生产成本低，经济效益好，安全可靠。推广应用性强。
本发明所述的气体反推火箭中，利用现有的分离能源，降低成本，传统固体反推火箭成本在数十万元，而新型气体反推火箭成本仅在数万元之内。
本发明所述的气体反推火箭中，在使用过程中，仅需要将原有飞行流程中固体反推火箭的响应动作换成气体反推火箭的电爆阀的响应动作，操作简单。
附图说明
图1是本发明其中一个实施方式中所述的气体反推火箭的结构示意图；
图2是本发明其中一个实施方式中所述的气体反推火箭的工作流程图。
附图标记：
1代表下一级火箭，2代表反推喷嘴，3代表燃料箱，4代表控制阀门，5代表上一级火箭。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“和/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，本发明提供一种气体反推火箭，其中，该气体反推火箭设置在下一级火箭1上，其包括：
均匀设置在所述下一级火箭1外部的多个反推喷嘴2，所述反推喷嘴2与所述下一级火箭1的燃料箱3或存储有增压气体的氧化剂箱连通；所述反推喷嘴2的喷出方向与所述下一级火箭1的分离方向相反；多个反推喷嘴2均匀地设置在下一级火箭1的外壁上，保证反推喷嘴2喷出气体的反作用力均匀地作用在下一级火箭1上。上一级火箭5与下一级火箭1达到分离条件时，上一级火箭5向上继续运行，下一级火箭1需向下运行，这反推喷嘴2的喷出方向向上，利用向上喷出气体给下一级火箭1提供下向的反推力，帮助上、下级火箭安全分离。
控制阀门4，其设置在所述反推喷嘴2与所述燃料箱3的连通路径上，或设置在所述反推喷嘴2与所述氧化剂箱的连通路径上。当上、下级火箭达到分离要求时，打开控制阀门4，反推喷嘴2与燃料箱3连通，或者反推喷嘴2与氧化剂箱连通，燃料箱3或氧化剂箱向反推喷嘴2提供高压气体。上述方案中，反推喷嘴2也可以与其他能够产生增压气体的装置连接，其他气体可能是涡轮泵废气、推进剂气化的气体或其他惰性气体。
上述方案中，所述气体反推火箭还包括控制器，其与所述控制阀门4和上、下两级火箭的级间连接件上的爆炸螺栓连接。
当上一级火箭5与下一级火箭1达到分离条件时，所述控制阀门4和所述爆炸螺栓同时接受到所述控制器发出的分离指令。
其中，所述控制阀门4响应所述分离指令的时间比所述爆炸螺栓响应所述分离指令的时间晚5～15ms。
在上一级火箭5与下一级火箭1分离时，爆炸螺栓会先发生动作，本发明所述的气体反推火箭开始响应，通过开启控制阀门4，使得反推火箭与燃料箱3或氧化剂箱连通，燃料箱3内的气体或者氧化剂箱内的高压气体开始产生反推力，阻止下一级火箭1继续向上运动，达到反推目的。由于分离后下一子级不受控制，反推火箭需要在较短时间内完成反推工作。
上述方案中，所述反推喷嘴2的数量为2～6个。根据上、下级火箭分离时，下一级火箭1所需要的反推力的大小，可以设置不同数量的反推喷嘴2。例如，所述反推喷嘴2为2个，对称地设置在下一级火箭1的两侧，保证2个反推喷嘴2的反推作用力相等；所述反推喷嘴2为3个，三个反推喷嘴2位于同一水平面上，均匀地设置在下一级火箭1上外部，保证3个反推喷嘴2的反推作用力相等；所述反推喷嘴2为4个，对称地设置在下一级火箭1的外侧，保证4个反推喷嘴2的反推作用力相等；所述反推喷嘴2为5个，5个反推喷嘴2位于同一水平面上，均匀地设置在下一级火箭1上外部，保证5个反推喷嘴2的反推作用力相等；所述反推喷嘴2为6个，6个反推喷嘴2位于同一水平面上，均匀地设置在下一级火箭1上外部，保证6个反推喷嘴2的反推作用力相等。
本领域技术人员可知，设于下一级火箭外部的反推喷嘴2的反推力相等，是优选的方案，可以进一步改善火箭分离的安全性。
上述方案中，所述反推喷嘴2为拉法尔喷管。
上述方案中，所述反推喷嘴2为圆台型。
上述方案中，所述控制阀门4为电爆阀门或电磁阀门。所述控制阀门4可以为一次性工作模式，可以根据实际情况不同类型的阀门。
上述方案中，所述控制阀门4设置在所述下一级火箭1的内部，避免在火箭运行过程中，损坏控制阀门4，保证气体反推火箭能够正常运行。
气体反推火箭产生的反推力F的工作原理为燃料箱内的剩余气体压力为Pin与外界真空环境的压力Pout之间的压差为气体反推火箭的驱动力。在驱动力下，实现一子级与二级在较短时间内完成分离。在不加节流元件情况下，由于反推火箭的管路布置方式完全对称，在喷管入口处的速度计算公式如下，
推力室推力的计算公式如下，
F＝qmv+Ae(pe-pa) (2)
其中，pa表示下一级火箭所处环境大气静压值，pe表示反推喷嘴出口处的压力值，Ae表示反推喷嘴出口处的面积值，qm表示反推气体流量，v表示喷气速度，Cq表示反推气体流经管路阻力系数，ρ表示燃料箱或氧化剂箱内气体密度，Δp表示压力差，取值0.5MPa。
本发明另一方面还提供一种运载器，其包括上述所述的气体反推火箭。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
Claims (10)
1.一种气体反推火箭，其中，该气体反推火箭设置在下一级火箭(1)上，其包括：
均匀设置在所述下一级火箭(1)外部的多个反推喷嘴(2)，所述反推喷嘴(2)与所述下一级火箭(1)的燃料箱(3)或存储有增压气体的氧化剂箱连通；所述反推喷嘴(2)的喷出方向与所述下一级火箭(1)的分离方向相反；
控制阀门(4)，其设置在所述反推喷嘴(2)与所述燃料箱(3)的连通路径上，或设置在所述反推喷嘴(2)与所述氧化剂箱的连通路径上。
2.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述气体反推火箭还包括控制器，其与所述控制阀门(4)和上、下两级火箭的级间连接件上的爆炸螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的气体反推火箭，其中，所述控制阀门(4)和所述爆炸螺栓同时接受到所述控制器发出的分离指令。
4.根据权利要求3所述的气体反推火箭，其中，所述控制阀门(4)响应所述分离指令的时间比所述爆炸螺栓响应所述分离指令的时间晚5～15ms。
5.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述反推喷嘴(2)的数量为2～6个。
6.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述反推喷嘴(2)为拉法尔喷管。
7.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述反推喷嘴(2)为圆台型。
8.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述控制阀门(4)为电爆阀门或电磁阀门。
9.根据权利要求1所述的气体反推火箭，其中，所述气体反推火箭产生的反推力F的计算公式为：
F＝qmv+Ae(pe-pa)
其中，pa表示下一级火箭所处环境大气静压值，pe表示反推喷嘴出口处的压力值，Ae表示反推喷嘴出口处的面积值，qm表示反推气体流量，v表示喷气速度，Cq表示反推气体流经管路阻力系数，ρ表示燃料箱或氧化剂箱内气体密度，Δp表示压力差，取值0.5MPa。
10.一种运载器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的气体反推火箭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 H1 Building, CAAC International Plaza, 13 Ronghua South Road, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing Applicant after: Blue Arrow Space Technology Co.,Ltd. Address before: 100176 H1 Building, CAAC International Plaza, 13 Ronghua South Road, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing Applicant before: BEIJING LANDSPACETECH Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |