CN114264199B - 一种基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,包括如下部件:一级两台液氧煤油发动机、一级尾翼、一级尾段、一级后过渡段、一级煤油箱、一级箱间段、一级液氧箱、栅格舵、一二级级间段;二级两台液氧煤油发动机、二级煤油箱、二级箱间段、二级液氧箱、仪器圆盘、支承舱、适配器、包带连接解锁装置;两枚通用芯级助推器,每枚通用芯级助推器包括头锥、栅格舵、反作用推力系统、液氧箱、箱间段、煤油箱、后过渡段、两台液氧煤油发动机、尾段、着陆缓冲机构;前、中、后捆绑连接装置;卫星整流罩;设置于芯一级和助推器箱间段的反推火箭;设置于二级煤油箱的正、反推火箭。本发明在国内首次实现通用芯级组合体回收,提供了一种高效、可靠的组合体火箭回收方案,能够提高火箭落区安全性、大幅降低火箭发射成本。
Description
技术领域
本发明涉及航天技术领域,特别涉及一种返回式的基于通用芯级的组合体回收火箭构型。
背景技术
进入空间、利用空间和控制空间是航天力量的主要任务,快捷、高效的进入空间是利用空间和控制空间的基础。运载火箭作为当前进入空间的主要手段,其发展始终受到世界各航天大国的高度重视,对进入空间的新能力提出更高的需求。近年来,以重复使用为代表的低成本进入空间能力迅速发展,大幅降低了火箭发射成本。
为进一步提升我国进入空间的能力,需大力发展运载火箭重复使用技术,目前国内重复使用领域存在空白。
发明内容
本发明的目的在于依托现有动力基础,提供一种基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,在国内首次实现通用芯级捆绑组合体回收,能够填补国内重复使用领域空白,进一步提升我国进入空间的能力,满足未来低成本、高密度进入空间的需要。
本发明技术方案是:一种基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,包括一级组合体、二级部件、整流罩;所述的一级组合体包括芯一级、两台通用芯级助推器、捆绑连接装置;其中,
芯一级,包括两台一级液氧煤油发动机、一级防热裙、一级尾段、一级后过渡段、一级煤油箱、一级箱间段、一级液氧箱、栅格舵、一二级级间段;其中,一级防热裙与一级尾段下端面径向连接,一级尾段、一级后过渡段、一级煤油箱、一级箱间段、一级液氧箱、一二级级间段沿轴向按照从下至上的顺序依次串联连接;两台一级液氧煤油发动机安装在一级尾段底部,提供飞行和返回时的推力及控制力,栅格舵安装在一二级级间段上。
二级部件,包括两台二级液氧煤油发动机、二级煤油箱、二级箱间段、二级液氧箱、仪器舱、支承舱、适配器、包带连接解锁装置。其中,二级煤油箱与一二级级间段轴向连接,二级煤油箱、二级箱间段、二级液氧箱、仪器舱、支承舱、适配器沿轴向依次串联连接;有效载荷通过包带连接解锁装置固定在适配器上,两台二级液氧煤油发动机与二级煤油箱轴向连接,提供飞行推力和飞行控制力。
通用芯级助推器,包括头锥、前过渡段、栅格舵、反作用推力系统、液氧箱、箱间段、煤油箱、后过渡段、两台液氧煤油发动机、尾段、着陆缓冲机构及防热裙。其中,头锥、前过渡段、液氧箱、箱间段、煤油箱、后过渡段、尾段沿轴向串联连接,防热裙连接在尾段末端;两台液氧煤油发动机安装在尾段底部,栅格舵和反作用推力系统安装在前过渡段上,着陆缓冲机构安装在尾段上;两台液氧煤油发动机提供飞行和返回时的推力及控制力,栅格舵+反作用推力系统提供火箭返回时的控制力,着陆缓冲机构可收放及锁定,提供火箭着陆时的缓冲及支撑。
前捆绑连接装置,用于连接一级部件的一二级级间段和通用芯级助推器部件的通用芯级前过渡段;中捆绑连接装置,用于连接一级部件的一级箱间段和通用芯级助推器部件的通用芯级箱间段;后捆绑连接装置,用于一级部件的一级后过渡段和通用芯级助推器部件的通用芯级助推后过渡段。
卫星整流罩,用于在运载火箭起飞前和飞行中保护内部有效载荷,与二级仪器舱和支承舱通过爆炸螺栓横向连接。
上述芯一级采用两台液氧煤油发动机在起飞、返回减速段、返回着陆段三次起动。
优选的,所述一二级级间段上以及通用芯级助推器的2个前过渡段上均安装两套栅格舵,所述前过渡段上安装的反作用推力系统包括偏航通道2台发动机,俯仰通道4台发动机,滚动通道4台发动机;通过上述栅格舵和反作用推力系统为一级组合体返回提供控制力。
优选的,2台通用芯级助推器中的尾段上各安装4个着陆缓冲装置。
优选的,所述芯一级和通用芯级助推器尾段共同支承起飞前竖立状态全箭重量,所述着陆缓冲装置支承着陆后竖立状态一级组合体重量。
优选的,所述前捆绑连接装置为主传力结构,用于传递所述通用芯级助推器纵向推力,中、后捆绑连接装置为辅传力结构,用于传递通用芯级助推器横向力。
优选的,本发明构型还包括蓄留器,所述蓄留器安装所述一级液氧箱和一级煤油箱底部。
优选的,本发明构型还包括芯一级和通用芯级助推器箱间段的反推火箭,用于将一级组合体与二级部件进行分离。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)、依托现有动力基础,在国内首次实现通用芯级捆绑组合体回收,能够填补国内重复使用领域空白,进一步提升我国进入空间的能力,满足未来低成本、高密度进入空间的需要。
(2)、通过一级采用两台液氧煤油发动机,发动机采用三次起动方式,节流能力为50%,满足芯一级+通用芯级助推器组合体回收时减速、着陆的需要;
(3)通过芯一级及通用芯级助推器采用栅格舵系统+反作用推力系统,满足一级组合体回收时调姿、稳定的需要;
(4)通过通用芯级助推器安装着陆缓冲装置,满足一级组合体回收时缓冲和支撑的需要;
(5)通过前捆绑连接装置作为主传力机构,中、后捆绑连接装置为辅传力结构,优化传力路径,提高连接可靠性;
(6)通过在一级液氧箱和一级煤油箱底部设置蓄留器,实现组合体返回时推进剂管理。
附图说明
图1是本发明全箭构型示意图;
图2是本发明栅格舵系统+反作用推力系统示意图;
图3是本发明着陆缓冲装置示意图;
图4是本发明蓄留器布局示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明提供一种基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,包括如下部件:
芯一级,包括两台一级液氧煤油发动机22、一级防热裙23、一级尾段21、一级后过渡段20、一级煤油箱18、一级箱间段15、一级液氧箱14、栅格舵13、一二级级间段11;其中,两台一级液氧煤油发动机22安装在一级尾段21底部,采用双向摇摆的方式工作,具备起飞、返回减速段、返回着陆段3次点火,主动段具备70%~100%节流能力、返回减速段具备80%节流能力、返回着陆段具备50%节流能力,提供飞行及返回时推力和控制力;栅格舵13安装在一二级级间段11上,为组合体回收时提供控制力;一级防热裙23与一级尾段21下端面径向连接,用于防止一级液氧煤油发动机22产生的热流对一级尾段21内部仪器设备的损害;一级尾段21、一级后过渡段20、一级煤油箱18、一级箱间段15、一级液氧箱14、一二级级间段11沿轴向按照从下至上的顺序依次串联连接,即:所述一级后过渡段20与一级尾段21轴向连接,所述一级煤油箱18与所述一级后过渡段20轴向连接,所述一级箱间段15与所述一级煤油箱18轴向连接,所述一级液氧箱14与所述一级箱间段15轴向连接,所述一二级级间段11与一级液氧箱14轴向连接。所述一级煤油箱18和所述一级液氧箱14通过管路分别与所述一级液氧煤油发动机22连通。
二级部件,包括两台二级液氧煤油发动机10、二级煤油箱9、二级箱间段8、二级液氧箱7、仪器舱6、支承舱5、适配器4、包带连接解锁装置3。其中,有效载荷通过包带连接解锁装置3固定在适配器4上;两台二级液氧煤油发动机10双向摇摆,提供飞行推力和飞行控制力;二级煤油箱9与一二级级间段11通过爆炸螺栓轴向连接;两台二级液氧煤油发动机10、二级煤油箱9、二级箱间段8、二级液氧箱7、仪器舱6、支承舱5、适配器4沿轴向依次串联连接,即:所述二级液氧煤油发动机10与所述二级煤油箱9轴向连接,所述二级箱间段8与所述二级煤油箱9轴向连接,所述二级液氧箱7与所述二级箱间段8轴向连接,所述仪器舱6与所述二级液氧箱7轴向连接,所述支承舱5与所述仪器舱6轴向连接,所述适配器4与所述支承舱5轴向连接。所述二级液氧箱7和所述二级煤油箱9分别通过管路与所述两台二级液氧煤油发动机10连通。
通用芯级助推器,包括头锥24、前过渡段25、栅格舵27、反作用推力系统26、液氧箱28、箱间段29、煤油箱30、后过渡段32、两台液氧煤油发动机34、尾段33、着陆缓冲机构31及防热裙35。其中,两台液氧煤油发动机34双向摇摆,提供飞行推力和飞行控制力;防热裙35连接在尾段33末端,用于防止两台液氧煤油发动机34产生的热流对一级尾段21内部仪器设备的损害;栅格舵27和反作用推力系统26安装在前过渡段25上,提供火箭返回时的控制力;着陆缓冲机构31安装在尾段33上,可收放及锁定,提供火箭着陆时的缓冲及支撑;头锥24、前过渡段25、液氧箱28、箱间段29、煤油箱30、后过渡段32、尾段33沿轴向串联连接,即:所述头锥24与所述前过渡段25轴向连接,所述前过渡段25与所述液氧箱28轴向连接,所述液氧箱28与所述箱间段29轴向连接,所述箱间段29与所述煤油箱30轴向连接,所述煤油箱30与所述后过渡段32轴向连接,所述后过渡段32与所述尾段33轴向连接。
上述一级尾段21与通用芯级助推尾段33共同支承竖立状态全箭。
前捆绑连接装置12,连接一级部件的一二级级间段11和通用芯级助推器部件的通用芯级前过渡段25,用于传递所述通用芯级助推器纵向推力;中捆绑连接装置16,用于连接一级部件的一级箱间段15和通用芯级助推器部件的通用芯级箱间段28;后捆绑连接装置19,用于一级部件的一级后过渡段20和通用芯级助推器部件的通用芯级助推后过渡段30;中、后捆绑连接装置为辅传力结构,用于传递通用芯级助推器横向力。
卫星整流罩,用于在运载火箭起飞前和飞行中保护内部有效载荷,与二级仪器舱6和支承舱5通过爆炸螺栓横向连接。
如图2所示,本发明提供的基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,芯一级级间段和2个通用芯级助推器氧箱前过渡段上均安装2套栅格舵,2个通用芯级助推器氧箱前过渡段上安装反作用推力系统,其中偏航通道2台发动机,俯仰通道4台发动机,滚动通道4台发动机。通过设置栅格舵+反作用推力系统,有效结合起动力与辅助动力,能够实现一级组合体回收时调姿、稳定。
如图3所示,本发明提供的基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,通过在助推器上设置着陆缓冲装置即2个通用芯级助推器尾段上各均匀布置4个着陆缓冲装置,着陆缓冲装置采用稳定性好的外翻式结构,实现一级组合体回收着陆时缓冲和支撑的功能,整体构型简洁、安全可靠。上述4个着陆缓冲装置支承竖立状态一子级组合体重量(着陆后)。如图4所示,本发明提供的基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,通过一级液氧箱和一级煤油箱底部设置蓄留器,实现组合体返回时推进剂管理功能。
蓄留器位于贮箱箱底,由外壳、内板包围而成,内板上分布有圆形的筛网,蓄留器内推进剂通过筛网及筛网下的通道进入输送管,筛网可避免夹气液体进入发动机。筛网上均布置有排气管,实现加注时气体排出。
本发明提供的基于通用芯级的组合体回收火箭总体构型,通过安装在芯一级和通用芯级助推器箱间段的反推火箭,将一级组合体与二级部件进行分离。
综上所述,与现有技术相比,本发明提供的运载火箭,依托现有动力基础,在国内首次实现通用芯级捆绑组合体回收,能够填补国内重复使用领域空白,进一步提升我国进入空间的能力,满足未来低成本、高密度进入空间的需要。通过一级采用两台液氧煤油发动机,发动机实现三次起动,节流能力为50%,满足芯一级+通用芯级助推器组合体回收时减速、着陆的需要;通过捆绑2枚通用芯级助推器,简化箭上动力系统配置,提升全箭整体性能及可靠性;通过芯一级及通用芯级助推器采用栅格舵系统+反作用推力系统,满足一级组合体回收时调姿、稳定的需要;通过通用芯级助推器安装着陆缓冲装置,满足一级组合体回收时缓冲和支撑的需要;通过前捆绑连接装置作为主传力机构,中、后捆绑连接装置为辅传力结构,优化传力路径,提高连接可靠性;通过在一级液氧箱和一级煤油箱底部设置蓄留器,实现组合体返回时推进剂管理。
本发明提出的通用芯级捆绑组合体回收运载火箭,实现了基于通用芯级捆绑构型运载火箭的重复使用,能够填补国内重复使用领域空白,进一步降低未来大型有效载荷的发射成本,并具有较高的可靠性、安全性和经济性。
本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (8)
1.一种基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,包括一级组合体、二级部件、整流罩;所述的一级组合体包括芯一级、两台通用芯级助推器、捆绑连接装置;其中,
芯一级,包括两台一级液氧煤油发动机(22)、一级防热裙(23)、一级尾段(21)、一级后过渡段(20)、一级煤油箱(18)、一级箱间段(15)、一级液氧箱(14)、栅格舵(13)、一二级级间段(11);其中,一级防热裙(23)与一级尾段(21)下端面径向连接,一级尾段(21)、一级后过渡段(20)、一级煤油箱(18)、一级箱间段(15)、一级液氧箱(14)、一二级级间段(11)沿轴向按照从下至上的顺序依次串联连接;两台一级液氧煤油发动机(22)安装在一级尾段(21)底部,栅格舵(13)安装在一二级级间段(11)上;
二级部件,包括两台二级液氧煤油发动机(10)、二级煤油箱(9)、二级箱间段(8)、二级液氧箱(7)、仪器舱(6)、支承舱(5)、适配器(4)、包带连接解锁装置(3);其中,二级煤油箱(9)与一二级级间段(11)轴向连接,二级煤油箱(9)、二级箱间段(8)、二级液氧箱(7)、仪器舱(6)、支承舱(5)、适配器(4)沿轴向依次串联连接;有效载荷通过包带连接解锁装置(3)固定在适配器(4)上,两台二级液氧煤油发动机(10)与二级煤油箱(9)轴向连接;
通用芯级助推器,包括头锥(24)、前过渡段(25)、栅格舵(27)、反作用推力系统(26)、液氧箱(28)、箱间段(29)、煤油箱(30)、后过渡段(32)、两台液氧煤油发动机(34)、尾段(33)、着陆缓冲机构(31)及防热裙(35);其中,头锥(24)、前过渡段(25)、液氧箱(28)、箱间段(29)、煤油箱(30)、后过渡段(32)、尾段(33)沿轴向串联连接,防热裙(35)连接在尾段(33)末端;两台液氧煤油发动机(34)安装在尾段(33)底部,栅格舵(27)和反作用推力系统(26)安装在前过渡段(25)上,能够收放及锁定用于提供火箭着陆时缓冲及支撑作用的着陆缓冲机构(31)安装在尾段(33)上;
捆绑连接装置中的前捆绑连接装置(12),用于连接所述的一二级级间段(11)和前过渡段(25);中捆绑连接装置(16),用于连接所述一级箱间段(15)和箱间段(29);后捆绑连接装置(19),用于连接一级后过渡段(20)和后过渡段(32);
卫星整流罩,用于在运载火箭起飞前和飞行中保护内部有效载荷,与二级仪器舱(6)和支承舱(5)通过爆炸螺栓横向连接。
2.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,芯一级中的两台一级液氧煤油发动机用于提供飞行和返回时的推力及控制力,分别在起飞、返回减速段、返回着陆段三次起动。
3.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,
所述一二级级间段上以及通用芯级助推器的2个前过渡段上均安装两套栅格舵,所述前过渡段上安装的反作用推力系统包括偏航通道2台发动机,俯仰通道4台发动机,滚动通道4台发动机;通过上述栅格舵和反作用推力系统为一级组合体返回提供控制力。
4.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,2台通用芯级助推器中的尾段上各安装4个着陆缓冲装置。
5.如权利要求4所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,所述芯一级和通用芯级助推器尾段共同支承起飞前竖立状态全箭重量,所述着陆缓冲装置支承着陆后竖立状态一级组合体重量。
6.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,所述前捆绑连接装置为主传力结构,用于传递所述通用芯级助推器纵向推力,中、后捆绑连接装置为辅传力结构,用于传递通用芯级助推器横向力。
7.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,还包括蓄留器,所述蓄留器安装所述一级液氧箱和一级煤油箱底部。
8.如权利要求1所述的基于通用芯级的组合体回收火箭构型,其特征在于,还包括芯一级和通用芯级助推器箱间段的反推火箭,用于将一级组合体与二级部件进行分离。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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