[發明專利]一種用于輪式水平起降運載器的地面輔助起飛跑道及方法

有效

• 申請號: 202110297067.6
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN112896539B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 楊鐵成;楊月英;郭健;任志偉;劉冠南;王書河
• 申請（專利權）人: 北京空天技術研究所
• 主分類號: B64F1/00
• 分類號: B64F1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種用于輪式水平起降運載器的地面輔助起飛跑道及方法，該跑道包括依次相連接的停機坪、勢能轉化段、水平加速起飛段和緊急制動段，停機坪設置在水平加速起飛段的上部且與水平加速起飛段之間具有設定高度差，勢能轉化段與水平加速起飛段呈夾角設置，勢能轉化段包括依次相連接的第一轉彎段、傾斜下滑段和第二轉彎段，第一轉彎段分別與停機坪和傾斜下滑段光滑連接，第二轉彎段分別與傾斜下滑段和水平加速起飛段光滑連接，第一轉彎段的轉彎半徑R₁根據獲取，第二轉彎段的轉彎半徑R₂根據獲取。應用本發明的技術方案，以解決現有技術中重復使用水平起降空天往返運載器結構質量占比與推進劑質量占比之間的尖銳矛盾的技術問題。

技術領域

本發明涉及航天運載技術領域，尤其涉及一種用于輪式水平起降運載器的地面輔助起飛跑道。

背景技術

當前航天運載正在向低成本、高可靠性和快速發射的方向發展，航天運載器也正在從一次性使用向部分重復使用、部分重復使用向完全重復使用方向發展，航天發射方式則正在從垂直發射向水平起飛方向過渡。與火箭發動機相比，吸氣式組合動力(無需攜帶氧化劑或是攜帶少量氧化劑)可以利用大氣中的氧氣與自身攜帶的燃料組織燃燒，發動機比沖得到大幅提升，因此相對于運載火箭，組合動力推進的空天往返運載器的推進劑質量占比(推進劑質量與運載器初始起飛質量之比)可以大幅降低，結構質量占比(結構質量與運載器初始起飛質量之比)得到較大增加，運載器結構強度大幅提升，使空天往返運輸的水平起降和重復使用成為可能。有研究表明，通過輪式水平起降方式實現航天運載器的多次重復使用，有望將航天運載發射成本降低一個數量級。

組合動力重復使用空天往返運載器是指采用吸氣式組合動力，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，具備水平起降、快速響應、按需發射、快速入軌、可重復使用和經濟性能好的特點，是降低航天運輸成本、提高安全可靠性、實現快速進出空間的理想飛行器，因此其也是天地往返運輸系統重要發展方向，將在未來的航天運載中發揮重要的橋梁作用。

飛行器結構質量占比是一個統計學數據，也是表征機體結構強度的重要參數。在同等設計水平下，飛行器結構質量占比越高，機體結構強度越大。對于航天運載器而言，運載器結構質量占比越高，推進劑質量占比就越低，當為了滿足機體結構強度要求而使推進劑質量占比太小時，運載器將無法完成入軌飛行，因此在滿足入軌質量、入軌高度和結構強度要求的前提下，運載器的結構質量占比越低，運載效率越高，航天發射的運載成本就越低。

與運載火箭依靠箭體軸向擠壓實現推力傳遞的路徑不同，輪式水平起降航空器和空天往返運載器，通過機翼產生的升力克服飛行器重力，剪切升力通過機翼傳遞給機身，該種受力形式和傳遞路徑對飛行器的機體結構強度提出了較高的要求，例如運載火箭的結構質量占比一般只有10％，有的甚至更低；美國F-22戰斗機的結構質量占比為28％，波音787、空客A380的結構質量占比在25％左右；而為了完成入軌飛行，組合動力推進的水平起降兩級入軌空天往返運載器的結構質量占比僅為22.4％，同時其還要承受高超聲速飛行時的嚴酷氣動加熱，因此水平起降重復使用航天運載器的結構質量占比和能量需求(推進劑質量占比)之間的矛盾異常尖銳，是制約水平起降空天往返運載器研制的重要核心關鍵技術。輪式水平起降航空航天器結構質量占比數值具體見表1。

表1輪式水平起降航空航天器結構質量占比數值統計表