[發明專利]一種新型的火星飛行器組合推進系統

有效

• 申請號: 201810455436.8
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108839807B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 秦江;呂傳文;程昆林;郭發福;章思龍;鮑文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明涉及一種新型的火星飛行器組合推進系統，涉及火星探測與火星飛行器動力技術領域。為了解決現有推進系統需要從地球上攜帶大量燃料，并無法滿足火星飛行器全階段飛行任務的問題。所述氧化劑貯箱和燃料貯箱的輸出端分別與氧化劑泵和燃料泵的輸入端對應相連；在所述氧化劑貯箱與氧化劑泵相連的管路上，以及燃料貯箱與燃料泵相連的管路上均設有流量調節閥；氧化劑貯箱和燃料貯箱內的燃料分別通過氧化劑泵和燃料泵輸送至燃燒室內進行燃燒，所述燃燒室的末端與尾噴管的首端相連。本發明可以利用火星的可用資源直接制備飛行器所需的推進劑。

技術領域

本發明涉及一種新型的火星飛行器組合推進系統，涉及火星探測與火星飛行器動力技術領域。

背景技術

隨著人類進入空間能力的提升和航天技術的發展，深空已成為人類的重要探索領域之一。火星探測成為近幾年來人類深空探測的一個熱點。推進技術不斷發展為載人火星探測及返回式火星探測等高難度空間任務提供了可能性，隨著載人航天、登月計劃的不斷成功，各個國家的太空角逐目標已經慢慢轉向火星。中國的火星探測計劃已于2016年1月份正式立項，該計劃將在“為人類社會的持續發展服務”的總目標下，探索火星的起源與演化、地形地貌、自然環境以及生命活動信息等一系列科學問題，最終對火星的長期改造與今后大量移民建立人類第二個棲息地的可能性做出評估。作為本發明的背景技術，火星飛行器將在輸運物資、轉移人員等方面發揮重要作用。

火星飛行器的運行，離不開先進的推進系統。推進系統將在起飛、爬升、巡航等各個階段為火星飛行器提供推力。按照不同的氧化劑獲取方式，可將現有的航空航天推進系統分為吸氣式發動機和火箭發動機兩大類，前者所需的氧化劑從地球大氣中獲得，而后者所需氧化劑由其自身攜帶。兩者無論是哪一種，如果將其直接用在火星飛行器上，則會面臨兩個問題：1.火星大氣的主要成分是二氧化碳，現有的吸氣式發動機將無法使用；2.火箭發動機的使用壽命受所燃料數量限制，若在火星上使用現有的火箭發動機，則勢必要從地球攜帶大量能源，這將使得任務成本大大增加。

飛行器在大氣中飛行，靠的是機翼和空氣相對運動產生的升力，以及推進系統提供的推力。火星飛行器的特殊性在于，不同階段的飛行任務對發動機推力的要求存在巨大差異。一方面，受火星大氣低密度的制約，機翼所能提供的升力十分有限，所以推進系統需要在起飛階段提供較大推力，才能將飛行器加速至離地起飛；另一方面，飛行器在巡航階段的推力需求相比起飛階段要小得多，而對推進系統的經濟性有較高的要求。

因此，僅僅依靠一種發動機難以完成全階段的飛行任務，有必要發展一種新型的火星飛行器組合推進系統，既能解決推進系統的能源需求，能夠在火星環境下正常工作而無需從地球上輸送大量燃料，又能滿足在不同階段下飛行器的推力、效率需求。

發明內容

本發明為了解決現有推進系統需要從地球上攜帶大量燃料，并無法滿足火星飛行器全階段飛行任務的問題，提供了一種新型的火星飛行器組合推進系統，采用的技術方案是：

一種新型的火星飛行器組合推進系統，包括螺旋槳和火箭發動機，所述螺旋槳和火箭發動機安裝在飛行器的機翼上，所述火箭發動機包括氧化劑貯箱，燃料貯箱，氧化劑泵，燃料泵，燃燒室，尾噴管和流量調節閥；

所述氧化劑貯箱和燃料貯箱的輸出端分別與氧化劑泵和燃料泵的輸入端對應相連；在所述氧化劑貯箱與氧化劑泵相連的管路上，以及燃料貯箱與燃料泵相連的管路上均設有流量調節閥；氧化劑貯箱和燃料貯箱內的燃料分別通過氧化劑泵和燃料泵輸送至燃燒室內進行燃燒，所述燃燒室的末端與尾噴管的首端相連。

進一步限定，所述推進系統還包括蓄電池動力系統，蓄電池動力系統包括蓄電池，功率轉換器和電動機；所述氧化劑泵、燃料泵和螺旋槳的驅動端分別設有電動機，通過所述電動機實現氧化劑泵、燃料泵和螺旋槳的驅動；蓄電池的直流電信號輸出端與功率變換器的直流信號輸入端相連，功率變換器功率的交流電信號輸出端分別與三個電動機的交流信號輸入端對應相連。