[發明專利]一種利用游動發動機的運載火箭基礎級垂直回收方法

有效

• 申請號: 202110068152.5
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112963269B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 周城宏;程洪瑋;劉陽;雍子豪;谷建光;劉鷹;朱雄峰;王一杉;韓秋龍;譚云濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: F02K9/42
• 分類號: F02K9/42;F02K9/44;F02K9/80;F02K9/97
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

本發明公開了一種利用游動發動機的運載火箭基礎級垂直回收方法，該垂直回收方法包括：提供運載火箭基礎級，運載火箭基礎級采用組合發動機提供動力；在運載火箭上升階段，由主發動機提供主要飛行動力，并由游動發動機提供姿態控制動力；在運載火箭基礎級分離后，主發動機關機且在飛行至最高點后再入下降，游動發動機提供減速動力；在運載火箭基礎級進入稠密大氣區時，述游動發動機關機；當運載火箭基礎級下降至低空時，游動發動機開機提供著陸減速動力。上述垂直回收方法能夠對運載火箭基礎級進行垂直回收，以實現運載火箭基礎級的重復使用，從而提高利用效率。

技術領域

本發明屬于運載器技術領域，具體涉及一種利用游動發動機的運載火箭基礎級垂直回收方法。

背景技術

運載火箭的重復使用是實現低成本進入空間的有效方式，通過子級可控回收、檢測維護、重復利用降低發射成本，大幅提升運載火箭的經濟性，成為運載火箭技術發展的先進方向。因此,運載火箭的重復使用是新研運載火箭用于開展常態航天發射的首要選擇。

國際主流運載火箭基礎級垂直回收技術均采用多臺相同發動機并聯方案，一臺發動機位于箭體中央，其它發動機圍繞中心對稱布局，Falcon 9通用芯級配置9臺Meilin 1D液氧煤油發動機，New Glenn一子級計劃配置7臺BE-4液氧甲烷發動機，其它航天組織或公司在研或者規劃的垂直起降運載火箭也采用相近方案，區別僅限于發動機并聯的數量和布局，為實現基礎級垂直返回，發動機需具備多次起動和深度變推能力，在高空返回階段，單臺發動機通過多次起動、大幅降推力在高空再入段和低空著陸段提供減速動力。對于結構重量為 10～100噸的一次性運載火箭而言，通常配置少數幾臺大推力發動機，可提供數百噸級起飛推力，若滿足垂直回收減速需求，發動機推力需降低至火箭基礎級結構重量相當水平，對于發動機的深度節流能力要求極高。在當前技術條件下，對大推力火箭發動機進行深度節流和多次起動改造存在設計復雜、難度極大、可靠性無法保證的弊端，在此約束條件下，一次性運載火箭大推力發動機難以通過適應性改造滿足重復使用運載火箭中動力的需求。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種利用游動發動機的運載火箭基礎級垂直回收方法，能夠對運載火箭基礎級進行垂直回收，以實現運載火箭基礎級的重復使用，從而提高利用效率。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種利用游動發動機的運載火箭基礎級垂直回收方法，包括以下步驟：

提供運載火箭基礎級，所述運載火箭基礎級采用由主發動機和游動發動機構成的組合發動機提供動力；

在運載火箭上升階段，由所述主發動機提供主要飛行動力，并由所述游動發動機提供姿態控制動力；

在運載火箭基礎級分離后，所述主發動機關機且在飛行至最高點后再入下降，所述游動發動機提供減速動力；

在運載火箭基礎級進入稠密大氣區時，所述游動發動機關機，運載火箭依靠大氣阻力提供減速動力；

當運載火箭基礎級下降至低空時，所述游動發動機開機提供著陸減速動力，并通過控制所述游動發動機的工作數量、推進劑流量以及擺動，滿足運載火箭基礎級在著陸過程中減速動力和姿態平穩控制的需求。

優選地，在所述游動發動機開機提供著陸減速動力的步驟中，所述游動發動機提供的減速動力為mg～3mg，其中，m為運載火箭基礎級的質量，g為重力系數。

優選地，所述組合發動機包括一個所述主發動機和均勻分布于所述主發動機周向的四個所述游動發動機。

優選地，所述游動發動機設置有雙向擺動噴管，所述雙向擺動噴管的擺角小于等于60°。

優選地，所述主發動機的循環方式為燃氣發生器循環或分級燃燒循環；

所述游動發動機的循環方式為燃氣發生器循環或分級燃燒循環。