CN114459287A - 一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法，发射系统包括：发射架、发射台以及导流器；发射架包括桁架地基和起竖臂，桁架地基放置于发射场坪，起竖臂水平放置时承载水平放置的运载火箭，能够带动运载火箭完成起竖；发射台固定至桁架地基，承载所述运载火箭；导流器固定至所述桁架地基，位于所述发射台与所述桁架地基之间，用于排导火箭发动机的尾焰。该发射系统可以在不同发射工位移动，增加了发射灵活性。使用导流器排导火箭起飞燃气流，无需在发射工位建造导流槽。所有发射设备仅需一块平整的硬化水泥场坪，不依赖于某个特定发射场。

Description

一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法

技术领域

本发明涉及火箭发射系统技术领域，尤其涉及一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法。

背景技术

运载火箭发射方式有陆基、海基、空射等多种方式。小型火箭发射方式灵活，起竖、尾焰导流等发射设备比较简单。固体运载火箭一般为小型火箭，较易实现车载机动发射。中型火箭，有效载荷5-20吨，尤其是中型液体运载火箭，需要满足多项保障条件，发射设备相对复杂。火箭竖立在发射台上，火箭点火起飞时，发动机喷出的高温高速燃气流需要顺畅排导，避免火箭及发射场地其他设备遭受燃气流烧蚀。

传统上，中型、大型液体运载火箭一般在固定发射工位发射，依托固定勤务塔架或者移动勤务塔架，火箭竖立在发射台上，火箭下端使用固定式或移动式发射台支承，在发射台下方一般有预先开挖的导流槽，用于排导火箭起飞时发动机喷出的燃气流。现在也有使用起竖臂起竖液体运载火箭，兼做勤务塔架，在火箭起飞前，起竖臂向后倒，避免与起飞阶段的火箭碰撞，但在发射台下方仍开挖了导流槽。无论是固定勤务塔架或者移动勤务塔架，都造价不菲。且一般在特定的发射场使用，每个运载火箭发射工位都需要建造一套勤务塔架。发射工位的导流槽深度一般在十多米，甚至深达数十米，开挖导流槽工程浩大，施工周期长，且可能受地质条件的限制(如地下水位高度)，进而增加施工难度。现在有使用起竖臂兼做勤务塔架，起竖臂可以拆解后分段运输，在不同发射工位使用，增加了使用灵活性，但在发射工位仍需开挖导流槽。

传统上，机动式发射需要运输起竖车，运输起竖车一般兼具运输箭体、对接发射台、起竖箭体的功能，功能复杂，成本高。且一般用于小型火箭，如果用于中型、大型运载火箭，成本较高。

发明内容

为了解决传统液体火箭发射受限于固定发射工位，需要开挖导流槽的问题，本发明提供一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法，地面发射系统由发射架、发射台、导流器组成，可以在不同发射工位移动，增加了发射灵活性。使用导流器排导火箭起飞燃气流，无需在发射工位建造导流槽。所有发射设备仅需一块平整的硬化水泥场坪，不依赖于某个特定发射场。

为达到上述目的，本发明提供了一种中型液体运载火箭地面发射系统，包括：发射架、发射台以及导流器；

所述发射架包括桁架地基和起竖臂；所述桁架地基放置于发射场坪；所述起竖臂水平放置时承载水平放置的运载火箭，所述起竖臂能够在驱动下向上竖起，带动所述运载火箭完成起竖；

所述发射台固定至所述桁架地基，所述运载火箭完成起竖后所述发射台位于所述运载火箭的正下方，承载所述运载火箭；

所述导流器固定至所述桁架地基，位于所述发射台与所述桁架地基之间，用于排导火箭发动机的尾焰。

进一步地，所述起竖臂一端固定在所述桁架地基的回转支座上，起竖油缸连接至所述起竖臂下部，驱动所述起竖臂向上竖起；在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，避让所述运载火箭起飞漂移空间。

进一步地，所述起竖臂沿长度方向分为三段，通过型面定位、螺栓连接为一体，所述起竖臂为支架结构，内腔设置折返楼梯；所述起竖臂对应运载火箭尾段端轴颈处设置有后端锁紧机构作为主支承，所述起竖臂对应运载火箭抱臂处设置托座作为前支承，所述起竖臂对应运载火箭中部设置托座作为辅助支承，所述起竖臂对应运载火箭起竖后需要操作的位置处设置操作平台。

进一步地，所述桁架地基一部分为承重结构，另一部分为配重装置；承重结构表面加工基准面安装回转支座和起竖油缸支座。

进一步地，还包括液压系统，用于驱动所述起竖油缸；所述起竖油缸为多级油缸，安装平衡阀，平衡重力负载。

进一步地，所述发射台包括台体、调平支腿以及四个支承臂；

所述台体上连接四个呈90°布置的支承臂，在运载火箭起竖后，匹配对接至运载火箭的四个箭脚；

所述台体底部设置调平支腿，用于调平所述发射台。

进一步地，每个调平支腿包括减速器、连接法兰、支撑螺杆、支柱和支脚盘；连接法兰固定至所述台体，支撑螺杆的上端固定至所述连接法兰，支撑螺杆的下端旋入支柱，支柱下端连接支脚盘，液压系统的液压马达通过减速器驱动支撑螺杆正转或反转，调节旋入支柱的长度，进而调节调平支腿的高度。

进一步地，所述导流器包括金属基体和防热帽，金属基体设置横筋和纵筋加固，金属基体的表面形成对称的导流形；所述防热帽采用隔热材料，覆盖所述金属基体表面。

进一步地，所述金属基体包括两侧的压板，将所述防热帽压紧固定至金属基体导流面上。

进一步地，所述导流器的导流型面满足火箭发动机尾焰排导的要求，防热帽满足火箭发动机尾焰烧蚀要求，外形尺寸满足公路运输的要求。

另一方面提供一种所述的中型液体运载火箭地面发射系统的发射方法，包括：

(1)将发射架的桁架地基放置在已经建设好的发射场坪上；

(2)将导流器整体吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(3)将发射台的调平支腿吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(4)将发射台的台体吊装到调平支腿上，连接固定至调平支腿，调平所述发射台；

(5)将发射架的起竖臂与桁架地基对接；

(6)将发射架的起竖油缸下支点与桁架地基对接；

(7)将发射架的起竖油缸上支点与起竖臂对接；

(8)发射架空载起竖、回平调试；

(9)将运载火箭吊装到起竖臂，水平放置并固定；

(10)接收到起竖指令后，电控系统根据火箭起竖要求控制起竖速度，液压油缸驱动起竖臂向上竖起，带动所述运载火箭完成起竖至竖直状态；

(11)在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，避让所述运载火箭起飞漂移空间；

(12)运载火箭发射结束后，发射架回平至水平状态，分解发射架、发射台，拆除导流器，回收利用发射架、发射台和导流器。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明的地面发射系统由发射架、发射台、导流器组成，可以在不同发射工位移动，增加了发射灵活性。使用导流器排导火箭起飞燃气流，无需在发射工位建造导流槽。所有发射设备仅需一块平整的硬化水泥场坪，不依赖于某个特定发射场。解决了传统液体火箭发射受限于固定发射工位，需要开挖导流槽的问题。

(2)本发明的发射架去掉了运输箭体的功能，在发射场坪上与发射台装配在一起，无需对接定位功能，仅需起竖功能，研制难度低，成本降低。解决机了动式发射的运输起竖车功能复杂，成本高的问题。

(3)本发明的发射架、发射台、导流器可重复使用，经状态检查和必要的维修后，可执行多发火箭任务，有效降低了发射成本。

(4)本发明发射架在发射场坪上与发射台装配在一起，仅保留起竖功能，无需运输箭体、对接定位功能，研制难度低，成本降低；安装在桁架地基上，不需要在发射场坪上预设地脚螺栓或者其它牵拉装置；使用导流器排导火箭发动机排导的尾焰，发射场坪上不需要开挖导流槽；发射架、发射台、导流器可以公路运输，可在各个发射场使用，即不同于传统的固定式地面发射系统，也有别与机动式发射系统。

附图说明

图1是地面发射系统组成示意图；

图2是发射架结构示意图；

图3是发射台结构示意图；

图4为导流器结构示意图；

图5为起竖臂结构示意图；

图6为调平支腿结构示意图；

图7为发射流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

中型液体运载火箭地面发射系统，结合图1，包括：发射架1、发射台2以及导流器3。

(1)发射架

所述发射架1包括桁架地基12、起竖臂11、起竖油缸13。所述桁架地基12放置于发射场坪，与发射场坪没有机械连接关系，不局限于特定的发射场。所述起竖臂11水平放置时承载水平放置的运载火箭4，起竖臂11能够在驱动下向上竖起，带动所述运载火箭4完成起竖。

所述起竖臂一端固定在所述桁架地基的回转支座上，起竖油缸连接至所述起竖臂下部，连接点在距离下端1/3至1/6之间，驱动所述起竖臂向上竖起；在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，与地面夹角在75°至0°之间，避让所述运载火箭起飞漂移空间。

在一个实施例中，发射架1见图2，由起竖臂11、桁架地基12、起竖油缸13组成。

结合图5，起竖臂11主要由起竖臂本体111、抱臂112、前支承113、后端锁紧机构114、辅助支承115组成。

起竖臂本体111为多段拼接桁架结构，承载火箭的重量，也是起竖臂其它部分安装的基体。

抱臂112的主要作用是为火箭提供抱紧，具备抱紧、松开、完全打开功能。

前支承113主要配合抱臂机构实现火箭的前部支撑和抱紧。

后端锁紧机构114用于连接火箭尾段的端轴颈，起竖状态为火箭主要承力结构。

辅助支承115对火箭中部进行辅助支撑。

起竖臂11主要的作用是对火箭4在水平停放时提供支承，在起竖过程中进行限位和支承。为火箭加注供气管路、电缆敷设提供安装空间，以及为实现上人操作提供通道和平台。所述起竖臂对应运载火箭尾段端轴颈处设置有后端锁紧机构作为主支承，所述起竖臂对应运载火箭抱臂处设置托座作为前支承，所述起竖臂对应运载火箭中部设置托座作为辅助支承，所述起竖臂对应运载火箭起竖后需要操作的位置处设置操作平台。为了便于对火箭加注及供配气连接器的操作及上人检修，在发射架内腔设置折返楼梯，并在箭体起竖后需要操作的位置处设置操作平台，满足人员紧急上去操作的需求。起竖臂11下端通过桁架地基12的回转支座14与桁架地基连接，中部通过起竖油缸13的上支座与油缸连接。

起竖臂本体设计为三段拼接结构，通过型面定位、螺栓连接为一体。拆分后的起竖臂本体通过公路运输至发射场坪后，在发射场坪上现场组装，可在不同的发射场坪使用。

桁架地基12主要由承重结构123、配重装置122、发射台地基121等组成。桁架地基12放置在发射场坪地面上，与发射场坪没有机械连接关系，可在不同的发射场坪使用。在承重结构123上表面有加工好的基准平面，用于安装回转支座125，与起竖臂11下端连接；在承重结构123上表面有加工好的基准平面，用于安装起竖油缸支座124，与起竖油缸13的下支座连接。配重装置122作用是为了保证发射架水平放置及起竖时的稳定性。发射台地基121用于放置发射台2，通过螺栓与调平支腿21的支脚盘连接。发射台2不需要在发射场坪上预设地脚螺栓或者其它牵拉装置。

起竖油缸13的作用是为火箭起竖提供驱动力。上端通过油缸上支座与起竖臂11连接，下端通过油缸下支座与桁架地基12连接。起竖缸布局为左右对称式布置，起竖缸设计为多级油缸。

(2)发射台

所述发射台2固定至所述桁架地基12，所述运载火箭4完成起竖后所述发射台2位于所述运载火箭4的正下方，承载所述运载火箭4。发射台2的调平支腿22安装在发射架1的桁架地基12上，通过螺栓连接，位于火箭正下方。

在一个实施例中，发射台2，见图3，由台体21、调平支腿22、支承臂23组成。在火箭的发射前准备及发射过程中，作为火箭及其上附件的支承设备用于支撑火箭，为火箭的电气脱插、供气连接器提供支撑或固定接口。

台体21主要功能是用于支撑箭体及其他部件，能承受火箭发射重力、风载荷及发动机高温高速燃气流的冲击。台体主要由焊接框架、调平支腿安装板、支撑臂安装板等组成设计为可拆卸结构，其中拆卸后台体最大外形尺寸满足公路运输要求，在发射场坪上现场组装，可在不同的发射场坪使用。

结合图6，调平支腿22由减速器221、连接法兰222、支撑螺杆223、支柱224、支脚盘225等组成，用于支承台体21及火箭4的重量。调平支腿数量4个，可上下伸缩，从而实现发射台的调平。调平支腿22通过支脚盘与桁架地基12的发射台地基连接。连接法兰222固定至所述台体，支撑螺杆223的上端固定至所述连接法兰222，支撑螺杆223的下端旋入支柱224，支柱下端连接支脚盘225，液压系统的液压马达驱动减速器221，进而驱动支撑螺杆223正转或反转，调节旋入支柱的长度，进而调节调平支腿的高度。

支承臂23安装于支承台体21上端，4个支承臂呈90°布置于分布圆上，用于支承运载火箭箭体，可实现升降调整，通过调整支撑臂的高度，实现发射台与火箭箭脚的对接。

(3)导流器

所述导流器3固定至所述桁架地基12，位于所述发射台2与所述桁架地基12之间，用于排导火箭发动机的尾焰。导流器3安装在发射架1的桁架地基12上，通过螺栓连接，位于发射台2正下方。

所述导流器的尺寸经过优化，导流型面满足火箭发动机尾焰排导的要求，防热帽满足火箭发动机尾焰烧蚀要求，外形尺寸满足公路运输的要求，可以用于不同的发射场坪。对于不具备开挖导流槽条件的发射场坪，采用导流器实现导流。

在一个实施例中，导流器3见图4，包括底部的金属基体与顶部的防热帽。

导流器3由金属基体31和防热帽32两大部分组成。金属基体是由金属钢板焊接而成的钣金结构件，主要作用是承受火箭发射时燃气流产生的作用力。防热帽由高硅氧布或碳-碳布粘接固化而成，主要作用是在火箭发射时，抵抗高温燃气流的烧蚀和冲刷，保护金属基体功能。

金属基体31通过底部若干个螺栓固定在桁架地基12上，防热帽32整体粘接在金属基体31上，防热帽31末端使用金属压边压紧在金属基体端头，防热帽侧面使用侧压板压紧在金属基体导流面上。使用导流器排导火箭发动机排导的尾焰，发射场坪上不需要开挖导流槽。导流器整体尺寸满足公路运输要求，不局限于特定的发射场。

为了解决机动式发射运输起竖车功能复杂，成本高的问题。本发明的发射架1在发射场坪上与发射台2装配在一起，无需对接定位功能，仅需起竖功能，研制难度低，成本降低。

在发射准备阶段，使用发射架1将火箭4从水平状态起竖到竖直状态，竖立在发射台2的支承臂23上，确保火箭可靠支承。在发射测试阶段，发射架1的起竖臂11上设有爬梯、操作平台，为火箭测试提供勤务塔架的保障功能，无需另外建造勤务塔架。在火箭4点火起飞前，发射架1的起竖臂11后倒一定的角度，避让火箭起飞漂移空间。在火箭4点火、起飞时，火箭4正下方的导流器3用于排导火箭发动机排导的尾焰，发射场坪上不需要开挖导流槽。

地面发射系统还包括液压系统，用于驱动起竖油缸13、调平支腿22；还包括电控系统，用于控制起竖臂11的起竖速度，发射台1的调平精度。

另一方面提供一种所述的中型液体运载火箭地面发射系统的发射方法，结合图7，包括如下步骤：

(1)将发射架的桁架地基放置在建设好的发射场坪上。

发射场坪建设时，要求水平度在1‰之内，能承受的面压大于1MPa。

(2)将导流器整体吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(3)将发射台的调平支腿吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(4)将发射台的台体吊装到调平支腿上，连接固定至调平支腿，调平所述发射台；

(5)将发射架的起竖臂与桁架地基对接；

(6)将发射架的起竖油缸下支点与桁架地基对接；

(7)将发射架的起竖油缸上支点与起竖臂对接；

(8)发射架空载起竖、回平调试；

(9)将运载火箭吊装到起竖臂，水平放置并固定；

(10)接收到起竖指令后，电控系统控制起竖速度，液压油缸驱动起竖臂向上竖起，带动所述运载火箭完成起竖至竖直状态；

(11)在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，与地面夹角在75°至0°之间避让所述运载火箭起飞漂移空间；

(12)运载火箭发射结束后，发射架回平至水平状态。经状态检查和必要的维修后，与发射台以及导流器一起执行下发火箭任务。

本发射场的发射任务执行完毕，分解发射架、发射台，拆除导流器，发射架、发射台、导流器都能重复使用，经状态检查后用于后续发射任务。可以直接公路运输至其它发射场坪执行发射任务。

综上所述，本发明涉及一种中型液体运载火箭地面发射系统及发射方法，发射系统包括：发射架、发射台以及导流器；发射架包括桁架地基和起竖臂，桁架地基放置于发射场坪，起竖臂水平放置时承载水平放置的运载火箭，能够带动运载火箭完成起竖；发射台固定至桁架地基，承载所述运载火箭；导流器固定至所述桁架地基，位于所述发射台与所述桁架地基之间，用于排导火箭发动机的尾焰。该发射系统可以在不同发射工位移动，增加了发射灵活性。使用导流器排导火箭起飞燃气流，无需在发射工位建造导流槽。所有发射设备仅需一块平整的硬化水泥场坪，不依赖于某个特定发射场。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，包括：发射架、发射台以及导流器；

所述发射架包括桁架地基和起竖臂；所述桁架地基放置于发射场坪；所述起竖臂水平放置时承载水平放置的运载火箭，所述起竖臂能够在驱动下向上竖起，带动所述运载火箭完成起竖；

所述发射台固定至所述桁架地基，所述运载火箭完成起竖后所述发射台位于所述运载火箭的正下方，承载所述运载火箭；

所述导流器固定至所述桁架地基，位于所述发射台与所述桁架地基之间，用于排导火箭发动机的尾焰。

2.根据权利要求1所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述起竖臂一端固定在所述桁架地基的回转支座上，起竖油缸连接至所述起竖臂下部，驱动所述起竖臂向上竖起；在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，避让所述运载火箭起飞漂移空间。

3.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述起竖臂沿长度方向分为三段，通过型面定位、螺栓连接为一体，所述起竖臂为支架结构，内腔设置折返楼梯；所述起竖臂对应运载火箭尾段端轴颈处设置有后端锁紧机构作为主支承，所述起竖臂对应运载火箭抱臂处设置托座作为前支承，所述起竖臂对应运载火箭中部设置托座作为辅助支承，所述起竖臂对应运载火箭起竖后需要操作的位置处设置操作平台。

4.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述桁架地基一部分为承重结构，另一部分为配重装置；承重结构表面加工基准面安装回转支座和起竖油缸支座。

进一步地，还包括液压系统，用于驱动所述起竖油缸；所述起竖油缸为多级油缸，安装平衡阀，平衡重力负载。

5.根据权利要求4所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述发射台包括台体、调平支腿以及四个支承臂；

所述台体上连接四个呈90°布置的支承臂，在运载火箭起竖后，匹配对接至运载火箭的四个箭脚；

所述台体底部设置调平支腿，用于调平所述发射台。

6.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，每个调平支腿包括减速器、连接法兰、支撑螺杆、支柱和支脚盘；连接法兰固定至所述台体，支撑螺杆的上端固定至所述连接法兰，支撑螺杆的下端旋入支柱，支柱下端连接支脚盘，液压系统的液压马达通过减速器驱动支撑螺杆正转或反转，调节旋入支柱的长度，进而调节调平支腿的高度。

7.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述导流器包括金属基体和防热帽，金属基体设置横筋和纵筋加固，金属基体的表面形成对称的导流形；所述防热帽采用隔热材料，覆盖所述金属基体表面。

8.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述金属基体包括两侧的压板，将所述防热帽压紧固定至金属基体导流面上。

9.根据权利要求1或2所述的中型液体运载火箭地面发射系统，其特征在于，所述导流器的导流型面满足火箭发动机尾焰排导的要求，防热帽满足火箭发动机尾焰烧蚀要求，外形尺寸满足公路运输的要求。

10.一种权利要求1至9之一所述的中型液体运载火箭地面发射系统的发射方法，其特征在于，包括：

(1)将发射架的桁架地基放置在已经建设好的发射场坪上；

(2)将导流器整体吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(3)将发射台的调平支腿吊装到桁架地基上，连接固定至桁架地基；

(4)将发射台的台体吊装到调平支腿上，连接固定至调平支腿，调平所述发射台；

(5)将发射架的起竖臂与桁架地基对接；

(6)将发射架的起竖油缸下支点与桁架地基对接；

(7)将发射架的起竖油缸上支点与起竖臂对接；

(8)发射架空载起竖、回平调试；

(9)将运载火箭吊装到起竖臂，水平放置并固定；

(10)接收到起竖指令后，电控系统根据火箭起竖要求控制起竖速度，液压油缸驱动起竖臂向上竖起，带动所述运载火箭完成起竖至竖直状态；

(11)在所述运载火箭起飞前驱动所述起竖臂向下倾斜后倒，避让所述运载火箭起飞漂移空间；

(12)运载火箭发射结束后，发射架回平至水平状态，分解发射架、发射台，拆除导流器，回收利用发射架、发射台和导流器。

Images