一种两级重复使用运载器制造技术

一种两级重复使用运载器，包括相互串联连接的一子级和二子级；一子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，且设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼；升力翼为固定翼，位于箭体后部，采用三角翼形式，为一子级水平返回过程中提供升力或阻力，翼身下设置有升降副翼，可用作转向或者上下偏航；鸭翼为单轴摆动翼，转动轴与箭轴平行，位于箭体前部；V型尾翼为固定翼，位于箭地后部，采用对称双尾翼形式；二子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，布局方案与一子级类似。本发明专利技术给出了传统火箭与带翼飞行器融合的设计方案，一方面解决了传统火箭不具备水平飞行的能力，另一方面发挥了火箭构型结构效率较高的优势，实现了二者优势的融合。优势的融合。优势的融合。

【技术实现步骤摘要】
一种两级重复使用运载器


[0001]本专利技术涉及一种两级重复使用运载器，属于运载火箭总体


技术介绍

[0002]运载火箭从一次性走向重复使用是必然趋势，而重复使用首先要解决运载火箭子级模块的无损回收问题，而无损回收的本质是在一定经济性与能力约束下实现返回过程中的能量耗散，这种能量耗散方式一般采用气动、主动力减速或者结合的方式。
[0003]目前国内外运载火箭重复使用仅能实现一子级的回收及复用，实现方法一般为采用主动力减速模式，在着陆过程方式上，可采用支腿支撑方法、回收网回收方法，以及挂钩回收方法。采用发动机动力减速模式，需要运载火箭提前预留较多的燃料，用于提供动力减速，降低了运载效能，而且这种方法在入轨级回收中效能极低，不能使用。如何有效实现两级火箭产品的回收与复用，国内尚未有成熟的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出串联两级重复使用的运载器，一级、二级均采用带翼飞回的方式，解决了两级运载器的可控回收问题，为后续实现两级运载器的重复使用奠定基础。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种两级重复使用运载器，包括相互串联连接的一子级和二子级；
[0007]一子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，且设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼；升力翼为固定翼，位于箭体后部，采用三角翼形式，为一子级水平返回过程中提供升力或阻力，翼身下设置有升降副翼，可用作转向或者上下偏航；鸭翼为单轴摆动翼，转动轴与箭轴平行，位于箭体前部；V型尾翼为固定翼，位于箭地后部，采用对称双尾翼形式；
[0008]二子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，布局方案与一子级类似。
[0009]优选的，二子级也设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼，用于气动控制。
[0010]优选的，一子级前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程中收拢于升力翼与箭体内部，着陆前打开。
[0011]优选的，在一子级前部设置可充气式封头组件，上升过程中未充气，收拢于级间段内部，一子级再入大气层前充气展开，用于改善气动特性。
[0012]优选的，二子级前部封头为固定式结构，形成整流作用。
[0013]优选的，二子级前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程中收拢于升力翼与箭体内部，着陆前打开。
[0014]优选的，二子级机身内的中前部作为载荷舱，能够用于调整二子级质心位置。
[0015]优选的，两个子级均采用液氧煤油推进剂；一子级完成上升飞行后与二子级分离，
采用水平飞回的方式进行再入回收；二子级完成运送载荷入轨的主任务后再入返回，采用水平飞回的方式再入回收。
[0016]优选的，一子级与二子级采用串联方式垂直起飞，一子级与二子级分离，一子级进入水平飞回段，具体分为高空滑行调姿段、大攻角再入减速段、着陆前滑翔段(和着陆段；二子级依靠主动力持续工作，完成预定的有效载荷释放任务后，在自身辅助动力的作用下，完成离轨减速，并在轨道上进行小倾角再入，经过长距离高空滑行后到指定着陆场附近着陆返回，再入飞行剖面与一子级水平飞回类似，分为大攻角再入减速段、末端能量管理段、自动着陆段。
[0017]优选的，一子级水平飞回过程，按照不同的动压条件，实施不同的控制策略：在初期再入段，动压小于100Pa的状态下，采用辅助动力系统进行姿态控制，随着动压的增大，气动舵面开始介入；当动压进一步增大，飞行高度降低，最后辅助动力系统退出姿态控制，仅由气动舵面完成姿态控制。
[0018]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0019](1)本专利技术给出了一种全新的两级串联运载器构型，其一子级及二子级均可采用带翼构型进行水平返回，进而实现回收；
[0020](2)本专利技术给出了一子级与二子级均水平飞回的方式，充分利用了大气的作用进行能量耗散，显著降低了垂直起降回收中发动机的研制难度，现在研制中的垂直起降火箭均对发动机提出了深度节流与多次启动需求，攻关难度大；
[0021](3)本专利技术给出了鸭翼+三角翼的气动布局，通过鸭翼的单轴摆动，可有效提升气动操控效率；
[0022](4)本专利技术给出了传统火箭与带翼飞行器融合的设计方案，一方面解决了传统火箭不具备水平飞行的能力，另一方面发挥了火箭构型结构效率较高的优势，实现了二者优势的融合；
[0023](5)本专利技术给出了一子级与二子级的再入飞行剖面设计关键参数，并给出了不同飞行段控制方案。
附图说明
[0024]图1为两级重复使用运载器的构型方案，包括三视图。
[0025]图2为增设的鸭翼、升力翼及尾翼等气动舵面参与控制的示意图。
[0026]图3为一级飞回的剖面参数图。
[0027]图4为二级飞回的剖面参数图。
[0028]图5为姿态控制系统原理图。
[0029]图6为复合姿态控制系统结构图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。
[0031]一种两级重复使用运载器，包括相互串联连接的一子级和二子级；两个子级均采用液氧煤油推进剂，一子级配置有7台液氧煤油发动机，二子级配置有1台液氧煤油发动机，
全箭起飞重量约720吨，起飞推力约8750kN。一子级完成上升飞行后与二子级分离，采用水平飞回的方式进行再入回收；二子级完成运送载荷入轨的主任务后再入返回，同样采用水平飞回的方式再入回收。
[0032]一子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，且设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼；升力翼为固定翼，位于箭体后部，采用大三角翼形式，为一子级水平返回过程中提供升力或阻力，翼身下设置有升降副翼，可用作转向或者上下偏航；鸭翼为单轴摆动翼，转动轴与箭轴平行，位于箭体前部；V型尾翼为固定翼，位于箭地后部，采用对称双尾翼形式。在一子级前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程中收拢于升力翼与箭体内部，着陆前打开。在一子级前部设置可充气式封头组件，上升过程中未充气，收拢于级间段内部，一子级再入大气层前充气展开，改善气动特性。
[0033]二子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，布局方案与一子级类似，设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼，用于气动控制。在前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程中收拢于升力翼与箭体内部，着陆前打开。与一子级不同之处为二子级前部封头为固定式结构，形成整流作用。二子级机身内的中前部作为载荷舱，能够用于调整二子级质心位置。
[0034]一子级与二子级采用串联方式垂直起飞，按照常规两级运载火箭的模式飞行，达到高度约72km、速度约2550m/s时，一子级与二级分离，一子级进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级重复使用运载器，其特征在于，包括相互串联连接的一子级和二子级；一子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，且设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼；升力翼为固定翼，位于箭体后部，采用三角翼形式，为一子级水平返回过程中提供升力或阻力，翼身下设置有升降副翼，可用作转向或者上下偏航；鸭翼为单轴摆动翼，转动轴与箭轴平行，位于箭体前部；V型尾翼为固定翼，位于箭地后部，采用对称双尾翼形式；二子级为轴对称薄壁圆柱型箭体，布局方案与一子级类似。2.根据权利要求1所述的两级重复使用运载器，其特征在于，二子级也设置有鸭翼、升力翼和V型尾翼，用于气动控制。3.根据权利要求1所述的两级重复使用运载器，其特征在于，一子级前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程中收拢于升力翼与箭体内部，着陆前打开。4.根据权利要求1所述的两级重复使用运载器，其特征在于，在一子级前部设置可充气式封头组件，上升过程中未充气，收拢于级间段内部，一子级再入大气层前充气展开，用于改善气动特性。5.根据权利要求4所述的两级重复使用运载器，其特征在于，二子级前部封头为固定式结构，形成整流作用。6.根据权利要求1所述的两级重复使用运载器，其特征在于，二子级前部内埋式安装前起落架，上升过程中收拢，着陆前打开；在升力翼根部与箭体结合部内埋式按照两组后起落架，上升过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：何巍，牟宇，彭越，黄兵，陈晓飞，樊晨霄，王建明，余光学，胡彦辰，袁晗，杨树涛，邓新宇，张涛，周啟航，何兆伟，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：