一种基于RBCC动力的可重复使用运载器的使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于RBCC动力的三级运载器，包括依次连接的三级式结构：第一级火箭动力飞行器，第二级RBCC动力飞行器和第三级火箭动力飞行器；其中第二级RBCC动力飞行器的机身底部与第一级火箭动力飞行器的机身背部相连，第三级飞行器搭载于第二级飞行器的大型载荷舱中，通过第二级飞行器释放来分离。解决了现有技术中运载器的起飞质量较大，运载效率较低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空宇航科学与
，涉及一种基于RBCC动力的三级运载器。
技术介绍
现有航天运载系统由一次性运载火箭和重复使用运载器组成，动力系统主要有火箭发动机、火箭基组合循环发动机(RBCC)、脉冲爆震发动机等。其中以RBCC发动机为动力的重复使用运载器主由两级构成：上面级和下面级，其方案为上面级采用RBCC发动机，下面级采用火箭发动机；或者下面级采用RBCC发动机，上面级采用火箭发动机。不管采用哪种方式，运载器的起飞质量都比较大，运载效率不够高。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种基于RBCC动力的三级运载器，以解决现有技术中运载器的起飞质量较大，运载效率较低的问题。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种基于RBCC动力的可重复使用运载器，包括依次连接的三级式结构：第一级火箭动力飞行器，第二级RBCC动力飞行器和第三级火箭动力飞行器；其中第二级RBCC动力飞行器的机身底部与第一级火箭动力飞行器的机身背部相连，第三级飞行器搭载于第二级飞行器的大型载荷舱中，通过第二级飞行器释放来分离。进一步的，第一级火箭动力飞行器的发动机采用可回收大推力火箭助推器。进一步的，第二级RBCC飞行器采用升力式构型，且其进气道位于第二级飞行器上方。进一步的，第三级火箭动力飞行器采用可重复使用的轨道级，用于与所述第二级RBCC动力飞行器分离后自带动力进入空间轨道，并在完成空间任务后返回大气层水平着陆。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种基于RBCC动力的三运载器的使用方法，包括以下步骤：步骤1、三级运载器在一级火箭飞行器动力作用下垂直起飞，并加速爬升，直至达到第二级RBCC飞行器的吸气式模态工作点，高度达到20km，速度为4马赫，此时一级飞行器与二三级组合体分离，返回原发射场；步骤2、第二级RBCC飞行器启动吸气式模式，历经亚燃和超燃模态，速度达到10马赫，高度达到28-30Km时切换到纯火箭模态；步骤3、第二级RBCC飞行器继续加速爬升，直至速度达到16马赫，高度达到100-120Km时与三级飞行器分离，分离后二级RBCC飞行器返回前方着陆场；步骤4、第三级飞行器采用火箭动力继续加速，直至将运载器的载荷送入预定轨道；随后第三级飞行器再以水平着陆的方式返回原发射场。本专利技术的有益效果是，采用三级结构运载器，其中间级采用RBCC发动机，充分利用了RBCC发动机比冲高、多模态工作的特点，大大提高了运载器的运载能力和效率，并且工程实现更为容易；同时减轻了起飞质量小，从而提升进入太空的运载能力，降低了发射成本。附图说明图1为本专利技术一种基于RBCC动力的三级运载器的使用方法示意图；图2为本专利技术一种基于RBCC动力的三级运载器实施例中的飞行高度曲线示意图；图3为本专利技术一种基于RBCC动力的三级运载器实施例中的飞行速度曲线示意图；图4为本专利技术一种基于RBCC动力的三级运载器实施例中的飞行弹道倾角曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种基于RBCC动力的三级运载器，包括依次连接的三级式结构：第一级火箭动力飞行器，第二级RBCC动力飞行器和第三级火箭动力飞行器。其中，第一级火箭动力飞行器的发动机采用可回收大推力火箭助推器，避免了RBCC在低动压区发动机效率低且难以垂直发射的缺点。现有RBCC飞行器进气道多位于机翼下方，气动性能不佳。本专利技术的第二级RBCC飞行器采用升力式构型，且其进气道位于第二级飞行器上方，可以避免发动机进排气对飞行器气动特性的耦合干扰，提升气动性能，且充分利用了RBCC吸气式模态的高比冲，以及RBCC发动机可多模态工作的优点。现有三级飞行器一般为一次性使用，而本专利技术的第三级火箭动力飞行器采用可重复使用的轨道级，用于与所述第二级RBCC动力飞行器分离后自带动力进入空间轨道，并在完成空间任务后返回大气层水平着陆，可重复使用，且水平着陆返回的方式可以降低运营成本。避免了RBCC动力飞行器结构质量大的缺点。本专利技术所提出的一种基于RBCC动力的三级运载器，充分发挥了RBCC发动机的优势，避免了RBCC动力的不足，因而具有很高的运载效率，而且工程实现的难度低。由于RBCC级飞行器返回时速度较低，因此对热防护系统的要求也低。RBCC级发动机不需要做很大的流量调节，发动机研制难度低。此外，本专利技术方案尽可能利用了火箭发动机的优势，因而具有工程实现难度低的优点。本专利技术还提供了一种基于RBCC动力的三级运载器的使用方法：步骤1、三级运载器在一级火箭飞行器动力作用下垂直起飞，并加速爬升，直至达到第二级RBCC飞行器的吸气式模态工作点，高度达到20km，速度为4马赫，此时一级飞行器与二三级组合体分离，返回原发射场；步骤2、第二级RBCC飞行器启动吸气式模式，历经亚燃和超燃模态，速度达到10马赫，高度达到28-30Km时切换到纯火箭模态；步骤3、第二级RBCC飞行器继续加速爬升，直至速度达到16马赫，高度达到100-120Km时与三级飞行器分离，分离后二级RBCC飞行器返回前方着陆场；步骤4、第三级飞行器采用火箭动力继续加速，直至将运载器的载荷送入预定轨道；随后第三级飞行器再以水平着陆的方式返回原发射场。运载器的载荷一般为卫星或其它航天器。实施例：以200km圆轨道为例，采用本专利技术的一种基于RBCC动力的三级运载器，其中第一级飞行器采用大推力火箭发动机，燃料为液氧和煤油，同时采用面对称，类航天飞机的翼身融合气动外形，任务完成后可以实现以水平着陆方式返回原发射场，重复使用，其中发动机布置于机身尾部，机身内部主要为燃料贮箱，飞行器结构质量比20％，起飞推重比为1.2；第二级RBCC动力飞行器为类乘波体气动外形，升阻比较大，采用了矩形进气道和两台轴对称RBCC发动机，可工作在吸气式模态(亚燃，超燃)和火箭模态下，燃料为液氢，其中进气道和发动机均布置于飞行器翼面上方，机身内部除了燃料贮箱外还有一大型载荷舱，用来装载和连接第三级飞行器，结构质量比22％，任务完成后第二级飞行器返回发射场前方的着陆场，可重复使用；第三级火箭动力飞行器使用液氢液氧燃料，类X-37B气动外形，机身内部包括燃料贮箱和小型载荷舱，用于最后将载荷送入预定轨道，任务完成后可以再入返回原发射场，可重复使用，结构质量比25％。其中第一级飞行器和第二级飞行器采用“并联”方式连接，即第二级飞行器机身底部与第一级飞行器机身背部相连，第三级飞行器由于规模较小，搭载于第二级飞行器的大型载荷舱中，通过第二级飞行器释放来分离。图1为本专利技术上述实施例中的使用方法示意图，从图中可以看出，运载器在整个入轨过程中主要包括四个飞行段：一级火箭动力段，二级吸气式模态段，二级火箭模态段，三级火箭动力段。各级飞行器完成任务后均可以水平着陆方式返回，其中第一级和第三级飞行器返回原发射场，第二级飞行器返回前方着陆场。当飞行器工作过程结束后，获得了表1及图2-图4。其中，表1为本实施例的三级运载器的总体参数，从表1中可以看到，其采用了火箭+RBCC+火箭的三级构型方式，其中一级，二级，三级分别采用了煤油，液氢和液氢燃料，结构质量比分别为0.2，0.22和0.25，可以将5t载荷送入200Km圆轨道，运载效率为2.82％。表1方案总体参数图2为本专利技术一种基于RBCC动力的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RBCC动力的可重复使用运载器，其特征在于，包括依次连接的三级式结构：第一级火箭动力飞行器，第二级RBCC动力飞行器和第三级火箭动力飞行器；其中第二级RBCC动力飞行器的机身底部与第一级火箭动力飞行器的机身背部相连，第三级飞行器搭载于第二级飞行器的大型载荷舱中，通过第二级飞行器释放来分离。

【技术特征摘要】
1.一种基于RBCC动力的可重复使用运载器，其特征在于，包括依次连接的三级式结构：第一级火箭动力飞行器，第二级RBCC动力飞行器和第三级火箭动力飞行器；其中第二级RBCC动力飞行器的机身底部与第一级火箭动力飞行器的机身背部相连，第三级飞行器搭载于第二级飞行器的大型载荷舱中，通过第二级飞行器释放来分离。2.如权利要求1所述的基于RBCC动力的可重复使用运载器，其特征在于，所述第一级火箭动力飞行器的发动机采用可回收大推力火箭助推器。3.如权利要求1或2所述的基于RBCC动力的可重复使用运载器，其特征在于，所述第二级RBCC飞行器采用升力式构型，且其进气道位于第二级飞行器上方。4.如权利要求1所述的基于RBCC动力的可重复使用运载器，其特征在于，所述第三级火箭动力飞行器采用可重复使用的轨道级，用于与所述第二级RBCC动力飞行器分离后自带动力进...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓东，李俊，周聪，吕翔，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61