CN213455167U - 运载火箭 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种运载火箭，包括沿长度方向顺次连接的整流罩和多级发动机，其中，发动机为固体燃料发动机。整流罩包括端头、前锥段和柱段，柱段的直径与发动机的最大直径的比值大于1并且不大于1.26。根据本实新型的运载火箭全部采用固体燃料发动机驱动，可以提高发动机的推力，并且在最大程度增加整流罩直径，可以为市场上主流的低轨星座卫星提供合理的包络空间，满足一箭多星的组网发射需求，实现运载能力的全面提升。

Description

运载火箭

技术领域

本实用新型涉及航天技术领域，更具体地涉及一种运载火箭。

背景技术

为了补充地面互联网的不足，近几年提出了低轨互联网星座的构想，主要是利用运行在 200-2000km 轨道高度的卫星群向地面提供宽带互联网接入服务，通过上千颗小型卫星组网实现全球覆盖。这一构想需要通过发射大规模的低轨星座卫星来实现。然而，目前运载器的运载能力有限，难以满足短时间内大规模的卫星发射需求。

运载器的运载能力提升主要受到以下问题的制约：

1.固体运载器受限于地面装药能力，箭体直径受到限制，当有效载荷质量超过一定规模后，整流罩直径通常超过箭体直径，出现大包络空间和大质量运载能力的矛盾。

2.整流罩直径超过箭体直径，运载器飞行过程中受到较大的气动弯矩载荷，按照传统设计方法需要增大结构强度，从而导致结构质量大幅增加，降低有效载荷。

3.传统弹道补偿技术需要对高空风进行预报，导致射前工作较为复杂且补偿效果取决于对高空风规律判断的准确性。

因此，需要提供一种具有大运载空间和大推力的运载火箭，以至少部分地解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种具有大运载空间和大推力的运载火箭，其可以提供更大的推力和更大的运载空间以满足主流低轨互联网星座卫星一箭多星发射需求。

本实用新型提出的一种运载火箭，包括沿所述运载火箭的长度方向顺次连接的整流罩和多级发动机，其中，所述发动机为固体燃料发动机，所述整流罩包括端头、前锥段和柱段，所述柱段的直径与所述发动机的最大直径的比值大于1并且不大于1.26。

在一个实施方式中，所述整流罩的所述柱段的轴向长度不大于3.9m。

在一个实施方式中，所述发动机包括顺次连接的一级发动机、二级发动机和三级发动机，所述一级发动机和所述二级发动机的直径相同并形成所述发动机的最大直径，所述三级发动机的直径小于所述最大直径。

在一个实施方式中，所述整流罩的所述柱段的直径与所述三级发动机的直径的比值不大于1.675。

在一个实施方式中，所述一级发动机和所述二级发动机的直径为2.65m，并且/或者所述三级发动机的直径为2m。

在一个实施方式中，所述整流罩的所述柱段通过圆台形的倒锥段与所述三级发动机连接。

在一个实施方式中，所述倒锥段包括具有不同锥角的第一圆台和第二圆台，所述第一圆台与所述柱段连接，所述第二圆台与所述三级发动机连接，其中，所述第一圆台的锥角大于所述第二圆台的锥角。

在一个实施方式中，所述第一圆台的轴向长度大于所述第二圆台的轴向长度。

在一个实施方式中，所述发动机还包括四级发动机，所述四级发动机至少部分地设置在所述倒锥段内。

在一个实施方式中，所述四级发动机的直径为1.2m。

本实用新型实现的有益效果如下：

运载火箭全部采用固体燃料发动机驱动，可以提高发动机的推力，并且在最大程度上增加整流罩直径，可以为市场上主流的低轨星座卫星提供合理的包络空间，满足一箭多星的组网发射需求，实现运载能力的全面提升。

附图说明

为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。在附图中：

图1为根据本实用新型的运载火箭的示意图；以及

图2为用于控制运载火箭飞行的姿态控制框图。

附图标记说明：

10 整流罩 11 端头

12 前锥段 13 柱段

14 倒锥段 141 第一圆台

142 第二圆台 20 发动机

21 一级发动机 22 二级发动机

23 三级发动机 D1 最大直径

D2 柱段的直径 L1 柱段的周向长度

L2 第一圆台的轴向长度

L3 第二圆台的轴向长度

α、β 锥角

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本实用新型的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。

本实用新型提供了一种具有大运载空间和大推力的运载火箭，可以满足一箭多星的组网发射需求。下面结合附图详细介绍。

如图1所示，运载火箭整体上具有细长的形状，其顶部设置有整流罩10。整流罩10的内部可以提供用于设置卫星等有效载荷的包络空间。整流罩10具体包括端头11、前锥段12和柱段13。其中，端头11整体构造为半球面的形状，其采用8mm左右的层压玻璃钢制成。前锥段12构造为圆台形，其分别与端头11和圆筒形的柱段13连接，在二者之间形成过渡。前锥段12和柱段13可以由铝面板蜂窝夹层结构制成。

整流罩10的下方连接有多级发动机20，用于提供运载火箭发射所需要的推力。根据本实用新型，发动机20均为固体燃料发动机。相比液体燃料发动机，固体燃料发动机的成本更低，并且可以提供更大的推力，从而提高运载火箭的运载能力。图1中示出了从下向上顺次连接的一级发动机21、二级发动机22和三级发动机23，所谓一级发动机也就是火箭发射时首先点火的发动机。各级发动机的级间段、二级发动机22的尾段和一级发动机21的尾段均采用蒙皮桁条半硬壳结构。另外，由于载荷和分离需求，三级发动机23的尾段和一、二级发动机之间的分离环采用铝合金铸件。

一级发动机21和二级发动机22具有相同的直径D1，并且其形成了发动机20的最大直径。三级发动机23的直径小于D1。受限于地面装药能力，固体燃料发动机的直径一般很难做大。在一个实施方式中，一级发动机21和二级发动机22的直径D1可以是2.65m。其中，一级发动机21的装药量可以为70t。三级发动机23的直径可以是2m。

为了提供更大的包络空间，根据本实用新型，整流罩10的柱段13的直径D2大于发动机20的最大直径D1。也即，D2与D1的比值大于1。然而，当整流罩10的直径过大时，运载火箭在空中飞行的过程中会受到较大的气动弯矩载荷，为了减弱这一影响，本实用新型提出限定整流罩10的柱段13的直径D2与发动机20的最大直径D1的比值不大于1.26。例如，在发动机20的最大直径D1为2.65m的情况下，整流罩10的柱段13的直径D2最大可以是3.35m。柱段13的轴向长度L1最大可以设置为3.9m。

为了进一步减小运载火箭在空中飞行过程中受到的气动载荷，可以使用在线主动减载技术，在稳定回路中使用横法向过载反馈控制运载火箭的飞行状态。具体来说，事先装订标准弹道的运载火箭质量、动压等数据；通过运载火箭安装的捷联惯组的加速度计可以获知其视加速度；通过导航解算获得箭体姿态角，并根据制导提供程序角，获得姿态偏差。就可以由箭载计算机通过下面公式实时计算气流攻角、侧滑角，从而实现减载控制。

引入减载后的姿态控制框图如图2所示。这样的控制方式可以减小大吨位固体运载火箭在飞行过程中受到的气动载荷，飞行载荷可以减小约20%，从而可满足运载火箭大锤头气动外形飞行过程中的结构强度要求，还具有控制的实时性强，不需要在发射之前进行高空风测量等优点。

从上述可知，三级发动机23的直径小于发动机20的最大直径D1，并且整流罩10的柱段13的直径D2大于该最大直径D1。因此，设置圆台形的倒锥段14实现柱段13与三级发动机23的过渡连接。其中，柱段13的直径D2与三级发动机23的直径的比值不大于1.675。

优选地，倒锥段14可以采用蒙皮桁条半硬壳结构，其包括具有不同锥角的两段圆台，即第一圆台141和第二圆台142。此处，锥角指的是在经过圆台的轴线的截面中，圆台的母线之间的夹角。其中，第一圆台141与柱段13连接，第二圆台142与三级发动机23连接，并且第一圆台141的锥角α大于第二圆台142的锥角β。优选地，在一个实施方式中，第一圆台141的锥角α可以是44°，第二圆台142的锥角β可以是36°。另外，第一圆台141的轴向长度L2大于第二圆台142的轴向长度L3。具体地，轴向长度L2和L3分别可以是1m和0.85m。

进一步优选地，发动机20还可以包括设置在三级发动机23的上方的四级发动机（未示出），其至少一部分设置在倒锥段14围成的区域内。在一个实施方式中，四级发动机的直径可以为1.2m。

另外，虽然附图中没有示出，可以理解，整流罩10内还设置有一套末修姿控动力系统，用于在飞行末段对姿态进行修正控制。

根据本实用新型的运载火箭，采用固体燃料发动机驱动，可以提高发动机的推力。运载火箭总长为31m，起飞推力达到200吨级，起飞重量135吨，500km太阳同步轨道最大运载能力为1.5t。最大程度地增加了整流罩直径，可以为市场上主流低轨星座卫星提供合理的包络空间，满足一箭多星的组网发射需求，实现运载能力的全面提升。

以上描述出于说明的目的提供给相关领域的普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，在本技术领域中的普通技术人员将理解本发明可存在多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种运载火箭，其特征在于，包括沿所述运载火箭的长度方向顺次连接的整流罩和多级发动机，其中，所述发动机为固体燃料发动机，所述整流罩包括端头、前锥段和柱段，所述柱段的直径与所述发动机的最大直径的比值大于1并且不大于1.26。

2.根据权利要求1所述的运载火箭，其特征在于，所述整流罩的所述柱段的轴向长度不大于3.9m。

3.根据权利要求1所述的运载火箭，其特征在于，所述发动机包括顺次连接的一级发动机、二级发动机和三级发动机，所述一级发动机和所述二级发动机的直径相同并形成所述发动机的最大直径，所述三级发动机的直径小于所述最大直径。

4.根据权利要求3所述的运载火箭，其特征在于，所述整流罩的所述柱段的直径与所述三级发动机的直径的比值不大于1.675。

5.根据权利要求3所述的运载火箭，其特征在于，所述一级发动机和所述二级发动机的直径为2.65m，并且/或者所述三级发动机的直径为2m。

6.根据权利要求3所述的运载火箭，其特征在于，所述整流罩的所述柱段通过圆台形的倒锥段与所述三级发动机连接。

7.根据权利要求6所述的运载火箭，其特征在于，所述倒锥段包括具有不同锥角的第一圆台和第二圆台，所述第一圆台与所述柱段连接，所述第二圆台与所述三级发动机连接，其中，所述第一圆台的锥角大于所述第二圆台的锥角。

8.根据权利要求7所述的运载火箭，其特征在于，所述第一圆台的轴向长度大于所述第二圆台的轴向长度。

9.根据权利要求6所述的运载火箭，其特征在于，所述发动机还包括四级发动机，所述四级发动机至少部分地设置在所述倒锥段内。

10.根据权利要求9所述的运载火箭，其特征在于，所述四级发动机的直径为1.2m。

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