一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭技术方案

本发明专利技术公开一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭，其属于航天火箭技术领域，所述可回收火箭的精简配置动力系统包括第一主动力发动机、第二主动力发动机和摆动姿控发动机，摆动姿控发动机包括姿控发动机涡轮泵、第一推力室和第二推力室；姿控发动机涡轮泵分别与第一推力室、第二推力室相连接；第一推力室和第二推力室均包括有相连接的变向铰、燃烧室和喷管；精简配置动力系统还包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构。本发明专利技术方案以最少的发动机配置数量和更易实现的双摆小发动机实现了火箭飞行、回收及其姿态控制，同时该双摆小发动机共用一个涡轮泵，并与二级动力和一级动力统一成型，进一步降动力系统成本，且可靠性提高。且可靠性提高。且可靠性提高。

【技术实现步骤摘要】
一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭


[0001]本专利技术属于航天火箭
，具体涉及一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭。

技术介绍

[0002]国际航天史上，能够依赖发动机自身动力回收的、并能够发射卫星等载荷入轨的、最先进的中大型运载火箭是SpaceX的猎鹰9号，其入轨载荷已达23吨。猎鹰9号运载火箭的一级箭体采用9台90吨的发动机，其中一台发动机安装在一级箭体底部中心，周围均布安装8台发动机。火箭起飞及上升飞行过程中，9台发动机同时工作提供飞行动力；一级箭体回收过程中，周围均布安装的8台发动机熄火关机，中心一台发动机作为回收动力发动机，根据回收过程需要来启动点火工作；回收过程中，回收动力发动机通过推力的调节提供回收动力，通过一级箭体底部的摆管的摆角控制飞行姿态。
[0003]对于例如1吨级以下的小运载火箭的回收复用，也得到了国内外各家航天公司的重视，并纷纷学习、借鉴猎鹰9号的回收方案。例如，一级箭体安装9台统一构型小发动机的火箭垂直回收方案；还有如图5、图6A、图6B所示的发动机布局方案，采用两台“双摆”发动机或四台“单摆”发动机。
[0004]但到目前为止，实际上还并未实现商业化的小运载火箭发射卫星入轨及垂直回收，主要原因是采用上述现有结构的小运载火箭造价成本高昂，且单位载荷效率较高、回收率较低；并且回收之后的火箭的故障率非常高，无法重复利用。

技术实现思路

[0005]基于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭，其通过包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构的可回收火箭的精简配置动力系统，降低了小运载火箭的动力系统成本，提高了可回收火箭的回收率，更具经济性，使小运载火箭发射卫星入轨及垂直回收的商业化应用成为可能。
[0006]依据本专利技术的技术方案，本专利技术提供了一种可回收火箭的精简配置动力系统，包括第一主动力发动机、第二主动力发动机和摆动姿控发动机；摆动姿控发动机包括姿控发动机涡轮泵、第一推力室和第二推力室；姿控发动机涡轮泵分别与第一推力室、第二推力室相连接；第一推力室和第二推力室均包括有相连接的变向铰、燃烧室和喷管；还包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构；第一主动力发动机和第二主动力发动机的中心连线，以及，第一推力室和第二推力室的中心连线，这两条连线垂直地在各自中点处相交；摆动姿控发动机通过第一推力室和第二推力室的推力及摆角的调整，根据需要控制一级箭体的飞行姿态，或在可回收火箭垂直回收降落时作为可回收火箭的回收动力。
[0007]进一步地，姿控发动机涡轮泵设置于第一推力室和第二推力室的中间。
[0008]进一步地，第一主动力发动机和第二主动力发动机为固定设置，第一主动力发动机和第二主动力发动机及其推力室不摆动。
[0009]进一步地，第一推力室和第二推力室为双向摇摆、泵后摆型的推力室。
[0010]在一实施方式中，第一推力室和第二推力室的喷管上加装有扩张大喷管。
[0011]本专利技术还提供一种可回收火箭，具有上述的可回收火箭的精简配置动力系统。
[0012]进一步地，可回收火箭包括有一级箭体，可回收火箭的精简配置动力系统作为一级动力。
[0013]进一步地，一级箭体下部具有一级氧化剂贮箱和一级燃烧剂贮箱，一级氧化剂贮箱和一级燃烧剂贮箱底部设置有一体化成型的发动机机架；一级动力的各发动机通过发动机机架安装在可回收火箭的一级箭体下方；一级氧化剂贮箱和一级燃烧剂贮箱分别通过输送管路与一级动力的各发动机相连接。
[0014]进一步地，可回收火箭还包括有二级箭体，二级箭体的动力系统与一级动力的摆动姿控发动机构型相同，体现模块化。
[0015]进一步地，二级箭体的动力系统中，两台推力室的喷管上均加装有扩张大喷管。
[0016]与现有技术相比，本专利技术可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭的有益技术效果如下：1、本专利技术的方案采用两台大发动机作为主动力发动机，不摆动、不参与调姿，只提供推力，可简化、优化设计，大幅度提高主动力发动机燃烧室室压，提高发动机比冲，提高发动机推力性能。
[0017]2、本专利技术的方案将一级姿控动力和一级回收动力合二为一，通过泵后双摆两台推力室结构实现，两台推力室共用一台涡轮泵及其泵压系统。通过推力室的推力和摆角的调整，既可以控制一级箭体飞行姿态，也可以在垂直回收过程中用作回收动力。并且与现有技术每台推力室均具有一台涡轮泵的方案相比省去了一台涡轮泵及其泵压系统，可进一步降低成本。
[0018]3、本专利技术的方案整体相当于将动力系统的发动机数量缩减至四台，并且大发动机不摆管，仅两台小发动机摆管调姿，同时，两台小发动机共用一个涡轮泵，这样以最少的发动机配置数量和更易实现的双摆小发动机实现了火箭飞行、回收及姿态控制。并且发动机机架与贮箱箱底统筹一体化设计，取消独立的发动机安装机架，可进一步降低成本。计算表明与现有技术相比动力系统配套成本可降低近一半。
[0019]4、本专利技术的方案中二级动力和一级动力的摆动姿控发动机统一构型，采用模块化设计，降低技术难度，降低设计、研制、生产等一系列成本。二级箭体的发动机可在一级的摆动姿控发动机上加装扩张大喷管，提高发动机真空状态燃烧室膨胀比和推力。
附图说明
[0020]图1是依据本专利技术的一种可回收火箭的整体结构示意图；图2是图1所示结构的仰视示意图；图3是依据本专利技术的可回收火箭的精简配置动力系统的结构示意图；图4是依据本专利技术又一实施例的二级箭体的精简配置动力系统的局部结构示意图；图5是现有技术中一种两台发动机并排布局的结构示意图；图6A、图6B是现有技术中两种动力系统布局的示意图；
附图中的附图标记说明：1、第一主动力发动机；2、第二主动力发动机；3、摆动姿控发动机；4、姿控发动机涡轮泵；5、第一推力室；6、第二推力室；7、变向铰；8、燃烧室；9、喷管；10、一级氧化剂贮箱；11、一级燃烧剂贮箱；12、氧化剂泵；13、燃烧剂泵；14、第一氧化剂输送管；15、第一燃烧剂输送管；16、泵前阀；17、第二氧化剂输送管；18、第二燃烧剂输送管；19、一级箭体；20、二级箭体；21、伺服机构；22、扩张大喷管；23、现有发动机；24、现有发动机的推力室；25、现有发动机的涡轮泵；26、输送管路；27、二级氧化剂贮箱；28、二级燃烧剂贮箱。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0022]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可回收火箭的精简配置动力系统，其特征在于，其包括第一主动力发动机、第二主动力发动机和摆动姿控发动机，摆动姿控发动机包括姿控发动机涡轮泵、第一推力室和第二推力室；姿控发动机涡轮泵分别与第一推力室、第二推力室相连接；第一推力室和第二推力室均包括有相连接的变向铰、燃烧室和喷管；可回收火箭的精简配置动力系统还包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构；第一主动力发动机和第二主动力发动机的中心连线，以及，第一推力室和第二推力室的中心连线，这两条连线垂直地在各自中点处相交；摆动姿控发动机通过第一推力室和第二推力室的推力及摆角的调整，根据需要控制一级箭体的飞行姿态，或在可回收火箭垂直回收降落时作为可回收火箭的回收动力。2.如权利要求1所述的可回收火箭的精简配置动力系统，其特征在于，姿控发动机涡轮泵设置于第一推力室和第二推力室的中间。3.如权利要求1所述的可回收火箭的精简配置动力系统，其特征在于，第一主动力发动机和第二主动力发动机为固定设置，第一主动力发动机和第二主动力发动机及其推力室不摆动。4.如权利要求1所述的可回收火箭的精简配置动力系统，其特征在于，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋国发，赫崇智，温忠亮，
申请(专利权)人：精易兴航北京科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：