一种运载火箭动力系统技术方案

本发明专利技术提供一种运载火箭动力系统，其属于运载火箭技术领域，其包括设置于运载火箭的一级箭体底部的一台或两台大推力主发动机和一套小推力姿控发动机，大推力主发动机不摆动地固定安装在一级箭体底部；小推力姿控发动机包括一套泵压系统以及与泵压系统相连的至少一台姿控发动机推力室；每台姿控发动机推力室均通过变向铰与一级箭体活动连接，每台姿控发动机推力室均连接有控制姿控发动机推力室摆动的伺服机构。本发明专利技术大幅降低了动力系统成本，且提高了动力系统性能，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。回收及其姿态控制。回收及其姿态控制。

【技术实现步骤摘要】
一种运载火箭动力系统


[0001]本专利技术属于运载火箭
，具体地涉及一种运载火箭动力系统。

技术介绍

[0002]运载火箭是由多级火箭组成的航天运载工具，运载火箭的作用是将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道，任务完成后，运载火箭被抛弃。
[0003]中国专利申请号202011155651.X号专利公开了一种运载火箭，其中运载火箭可回收一子级包括子级舱体、动力系统、空气舵系统、安定翼系统和冷气姿控系统；动力系统设置于子级舱体的内部；空气舵系统的空气舵面设置于子级舱体的外壁的上部，并且空气舵面的延伸方向可由与子级舱体的延伸方向相同方向旋转至与子级舱体的延伸方向垂直的方向；安定翼系统的安定翼面设置于子级舱体的外壁的下部，安定翼面的延伸方向与子级舱体的延伸方向相同，并且安定翼面可沿着子级舱体的延伸方向向子级舱体的尾部移动；冷气姿控系统位于子级舱体的前端，并且可向子级舱体的外部喷出冷气。
[0004]运载火箭的最大成本构成就是动力系统，动力系统发动机配套数量的多少直接影响了运载火箭的配套成本。液体火箭发动机是技术性很强、结构复杂的高科技产品，小推力火箭发动机与大推力火箭发动机的配套成本差异不是等比例关系，两台推力相差10倍的发动机价格可能仅差一、两倍，因此，总推力不变的情况下，动力系统发动机配套数量越少成本越低，减少运载火箭发动机配套数量是降低运载火箭生产配套成本的有效手段。
[0005]一般情况下，一台火箭发动机中包括有一台推力室和一台涡轮泵。推力室由燃烧室、喷管和变向铰组成。推力室在工作状态时产生正推力、推动火箭飞行。推力室在伺服机构的作动下绕变向铰转动，实现推力室偏摆，控制火箭飞行姿态。
[0006]但在考虑设计较低成本的动力系统时，由于火箭一级主发动机需求的推力很大，发动机提供推力的功能和摇摆推力室控制姿态的功能将形成矛盾：发动机推力小，则需要的发动机数量多；提高发动机推力，要么提高燃烧室室压，要么增大推力室（燃烧室及喷管）容积，或者既提高室压又增大容积，但无论是提高室压还是增大容积，对火箭发动机摆管姿控都不利；推力越大的发动机所需要的伺服机构的功率越大、价格越昂贵。发动机摆动方式分为泵前摆和泵后摆；泵前摆发动机摆动的运动部件较重，需要比较大功率的伺服机构；泵后摆发动机因为泵后压力很高，大发动机泵后管路直径较大，可能达到二百毫米以上，会面临大直径管路设计安装和工作状态的高压管路补偿难题。

技术实现思路

[0007]基于现有技术中存在的技术难题，本专利技术提供一种运载火箭动力系统，其通过统筹优化设计，形成一种在火箭推力和调姿功能基本不变的情况下的成本最低的动力布局方案；运载火箭动力系统将提供飞行推力与调姿功能分离，解决现有技术中存在的发动机提升推力和控制姿态功能所形成矛盾的问题。
[0008]依据本专利技术的技术方案，本专利技术提供了一种运载火箭动力系统，其包括设置于运载火箭的一级箭体底部的一台或两台大推力主发动机和一套小推力姿控发动机；大推力主发动机不摆动地固定安装在一级箭体底部；小推力姿控发动机包括一套泵压系统以及与泵压系统相连的至少一台姿控发动机推力室；每台姿控发动机推力室均通过变向铰与一级箭体活动连接，每台姿控发动机推力室均连接有控制姿控发动机推力室摆动的伺服机构。
[0009]在一实施例中，大推力主发动机的数量为一台，姿控发动机推力室的数量为两台；一台大推力主发动机设置于一级箭体底部居中位置，两台姿控发动机推力室沿着大推力主发动机主体的中心轴线对称安装在大推力主发动机两侧位置。
[0010]在又一实施例中，大推力主发动机的数量为两台，姿控发动机推力室的数量为两台；两台大推力主发动机沿着一级箭体主体的中心轴线对称设置于一级箭体底部两侧位置，两台姿控发动机推力室对称安装在两台大推力主发动机的中心连线的两侧位置，且两台姿控发动机推力室之间的连线垂直于两台大推力主发动机的中心连线。
[0011]优选地，在上述两实施例中，变向铰为万向铰链，姿控发动机推力室均为双向摇摆型的推力室。
[0012]在另一实施例中，大推力主发动机的数量为一台，姿控发动机推力室的数量为四台；一台大推力主发动机设置于一级箭体底部居中位置，四台姿控发动机推力室对称或均布安装在大推力主发动机四周位置。
[0013]优选地，在上述一实施例中，变向铰为单向铰链，姿控发动机推力室均为单向摇摆型的推力室。
[0014]进一步地，泵压系统中包括有姿控发动机涡轮泵，一级箭体底部具有一级氧箱和一级燃箱；一级氧箱连接有氧化剂输送管，氧化剂输送管经过姿控发动机涡轮泵与姿控发动机推力室相连接；一级燃箱连接有燃烧剂输送管，燃烧剂输送管经过姿控发动机涡轮泵与姿控发动机推力室相连接；在姿控发动机涡轮泵与一级氧箱和一级燃箱之间均设置有姿控发动机泵前阀。
[0015]进一步地，一台大推力主发动机的推力为50t以上，一套小推力姿控发动机的总推力为大推力主发动机的推力的5%至15%。
[0016]优选地，在一级氧箱和一级燃箱中位于下方的一个的底部一体成型地设置有发动机安装机架，大推力主发动机和小推力姿控发动机均与发动机安装机架相连接。
[0017]更优选地，运载火箭为一级箭体可回收的二级低轨道可回收运载火箭。
[0018]与现有技术相比，本专利技术运载火箭动力系统的有益技术效果如下：1、降低动力系统成本：全箭采用一至两台不摆动的大推力一级发动机、多台双摆小发动机推力室（多台推力室共用一套泵压系统），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，动力系统配套成本可大幅度降低。发动机安装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。
[0019]2、提高动力系统性能：大推力主发动机只提供推力、不摆动，可简化、优化设计，通过增压涡轮泵或多级增压系统，提高燃烧室室压、提高发动机比冲，提高发动机推力性能。小推力姿控发动机根据综合要求，可适当降低燃烧室压力，降低设计难度；同时优化涡轮泵与推力室的整体布局，有助于缩小动力系统占用空间，可在更小直径的火箭内布局，也适当降低火箭的直径。
附图说明
[0020]图1是依据本专利技术运载火箭动力系统一实施例的运载火箭的整体结构示意图。
[0021]图2是图1所示一级箭体的动力系统部分的结构示意图。
[0022]图3是图2所示的动力系统布局结构示意图。
[0023]图4是依据本专利技术运载火箭动力系统又一实施例的动力系统部分的结构示意图。
[0024]图5是图4所示实施例的动力系统布局结构示意图。
[0025]图6是依据本专利技术运载火箭动力系统另一实施例的动力系统部分的结构示意图。
[0026]图7是图6所示实施例的动力系统布局结构示意图。
[0027]图8是现有技术中一种动力系统部分的结构示意图。
[0028]图9是图8所示实施例的动力系统布局结构示意图。
[0029]图10是另一种现有技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭动力系统，其特征在于，其包括设置于运载火箭的一级箭体（1）底部的一台或两台大推力主发动机（2）和一套小推力姿控发动机（3）；大推力主发动机（2）不摆动地固定安装在一级箭体（1）底部；小推力姿控发动机（3）包括一套泵压系统以及与泵压系统相连的至少一台姿控发动机推力室（4）；每台姿控发动机推力室（4）均通过变向铰（5）与一级箭体（1）活动连接，每台姿控发动机推力室（4）均连接有控制姿控发动机推力室摆动的伺服机构（6）。2.如权利要求1所述的运载火箭动力系统，其特征在于，大推力主发动机（2）的数量为一台，姿控发动机推力室（4）的数量为两台；一台大推力主发动机（2）设置于一级箭体（1）底部居中位置，两台姿控发动机推力室（4）沿着大推力主发动机主体的中心轴线对称安装在大推力主发动机（2）两侧位置。3.如权利要求1所述的运载火箭动力系统，其特征在于，大推力主发动机（2）的数量为两台，姿控发动机推力室（4）的数量为两台；两台大推力主发动机（2）沿着一级箭体主体的中心轴线对称设置于一级箭体（1）底部两侧位置，两台姿控发动机推力室（4）对称安装在两台大推力主发动机（2）的中心连线的两侧位置，且两台姿控发动机推力室之间的连线垂直于两台大推力主发动机的中心连线。4.如权利要求2或权利要求3所述的运载火箭动力系统，其特征在于，变向铰（5）为万向铰链，姿控发动机推力室（4）均为双向摇摆型的推力室。5.如权利要求1所述的运载火箭动力系统，其特征在于，大推力主发动机（2）的数量为一台，姿控发动机推力室（4）的数量为四台；一台大推力主发动机（2）设置于一级箭体（1）底部...

【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：