[發明專利]三級入軌重復使用運載器及其使用方法

在審

• 申請號: 201811569817.5
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109488484A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 郭健;周寧;王永圣;徐穎珊;芮姝;張浩成;曹特;劉婷;薛凱;楊鐵成;謝饒生
• 申請（專利權）人: 北京空天技術研究所
• 主分類號: F02K1/78
• 分類號: F02K1/78;F02K7/18;F02K9/97;F42B15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種三級入軌重復使用運載器及其使用方法，該三級入軌重復使用運載器包括：第一級渦輪動力飛行器；第二級沖壓動力飛行器，第二級沖壓動力飛行器與第一級渦輪動力飛行器串聯連接，第二級沖壓動力飛行器與第一級渦輪動力飛行器的連接表面采用流線型過渡；第三級火箭動力飛行器，第三級火箭動力飛行器設置在第二級沖壓動力飛行器的內部。應用本發明的技術方案，以解決現有技術中組合發動機采用并聯布局所導致的飛行阻力大、發動機的綜合性能低的技術問題。

技術領域

本發明涉及航天運載技術領域，尤其涉及一種三級入軌重復使用運載器及其使用方法。

背景技術

重復使用運載器是指采用重復使用動力，可多次執行航天發射任務并自主返場的新一代航天運輸系統，具有廉價、安全、便捷、機動等優勢，是革命性的航天運輸工具，能夠顯著提升自由進出空間、利用空間與控制空間能力，對維護國家安全、搶占航空航天技術戰略制高點、帶動國民經濟快速發展等具有重大意義，已成為世界各航天大國的重要發展方向，可以在經濟性、時效性、便捷性、通用性等方面滿足未來日益頻繁的大規模航天發射任務需求。

從目前研究情況看，重復使用運載器具有多種形態：按入軌級數可分為單級入軌、多級入軌；按動力形式分為火箭動力、組合動力；按起降方式分為水平起降、垂直起降、垂直起飛/水平降落；按重復使用程度分為部分重復使用、完全重復使用等。

以吸氣式發動機為子級的多級入軌重復使用運載器能夠在稠密大氣層、臨近空間、軌道空間自由往返飛行的重復使用航天運輸系統，具有水平起降、快速響應、按需發射、自由進出空間、多次重復使用的特征，是降低航天運輸成本、提高安全可靠性、快速進出空間的理想工具，是未來重要的發展方向。憑借渦輪、沖壓及其組合動力等發動機，飛行器能夠以較高的比沖在大氣層內寬域加速和高效機動飛行，已成為了當今各主要軍事強國研究的熱點。

由于航天運輸系統需要經歷稠密大氣至軌道空間的復雜飛行環境，飛行速度由零加速至軌道速度，因此飛行器需要在設計過程中兼顧不同發動機的工作模態、氣動性能與飛行包線上不同階段的匹配關系，實現全域推阻性能和能量利用的優化。這就要求飛行器在吸氣式模態下，一方面盡可能地實現大氣層內的增升減阻，提高攜帶燃料和氧化劑對飛行器速度的貢獻度；另一方面針對不同的飛行速度和飛行高度，最大化地發揮吸氣式發動機所具有的高比沖性能。從這兩個主要方面出發，實現吸氣式重復使用運載器整體性能的優化。

然而，現有的組合發動機通常采用并聯布局，例如現有技術中常采用的是渦輪發動機設置在飛行器機身的下部，沖壓發動機設置在渦輪發動機的下部，渦輪發動機與沖壓發動機并聯設置，此種方式會產生額外飛行阻力，影響飛行器的整體性能。此外，此種方式的各個動力在進行自身工作包線設計時需要考慮與其相并聯設置的動力的工作包線，由此降低了發動機的綜合性能。

發明內容

本發明提供了一種三級入軌重復使用運載器及其使用方法，能夠解決現有技術中組合發動機采用并聯布局所導致的飛行阻力大、發動機的綜合性能低的技術問題。

根據本發明的一方面，提供了一種三級入軌重復使用運載器，三級入軌重復使用運載器包括：第一級渦輪動力飛行器；第二級沖壓動力飛行器，第二級沖壓動力飛行器與第一級渦輪動力飛行器串聯連接，第二級沖壓動力飛行器與第一級渦輪動力飛行器的連接表面采用流線型過渡；第三級火箭動力飛行器，第三級火箭動力飛行器設置在第二級沖壓動力飛行器的內部。

進一步地，三級入軌重復使用運載器的馬赫數Ma處于Ma2至Ma3的速度范圍時，第一級渦輪動力飛行器與第二級沖壓動力飛行器以及第三級火箭動力飛行器分離。

進一步地，三級入軌重復使用運載器的馬赫數Ma處于Ma6至Ma8的速度范圍時，第二級沖壓動力飛行器與第三級火箭動力飛行器分離。

進一步地，第一級渦輪動力飛行器和第二級沖壓動力飛行器均為可重復使用型飛行器，第三級火箭動力飛行器為一次性飛行器。