[发明专利]垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法和装置

权利要求书

1.一种垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法，其特征在于：用于两级单芯级、奇数台发动机并联的垂直起降重复使用运载火箭，包括以下内容：

根据可选的火箭直径、发动机布局方案和推进剂类型选型生成多个设计方案；其中，火箭直径选项为m个，发动机布局方案选项为n个，推进剂类型选项为k个，则设计方案数目为m*n*k；

对每个所述设计方案使用垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法进行评估；

所述垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法包括以下内容：

根据箭体直径、发动机布局方案和推进剂类型计算基础级最大推力F；

根据F计算总质量m₀：

根据级间比、火箭结构系数通过式（1）计算运载能力；

（1）

其中，Δv表示速度增量、I_sp1表示一级发动机比冲、I_sp2表示二级发动机比冲、m₁表示一级总质量、m₂表示二级总质量、m_s1表示一级结构质量、m_s2表示二级结构质量、m_p表示有效载荷质量、σ₁表示一级结构系数、σ₂表示二级结构系数、ε表示级间比；

将式（1）中ε作为优化变量，m_p作为优化目标，根据预设的Δv常量最大化运载能力；

根据优化结果计算火箭长细比；

以长细比是否符合工程实践为评判标准确定方案是否可行；将m*n*k个所述设计方案中评估结果为可行的l个方案连同其设计参数输出。

2.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法，其特征在于：所述发动机布局方案为中心部署1台发动机，剩余发动机均布于中心发动机外周。

3.根据权利要求2所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法，其特征在于：所述发动机最大直径d为：

其中D为所述火箭直径，n为发动机台数。

4.根据权利要求3所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法，其特征在于：所述F=n*f，其中f为单台发动机推力，通过下式计算：f=对应于所述推进剂类型的典型发动机的推力面密度*发动机的喷口面积。

5.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法，其特征在于：所述m₀=F/(推重比*重力加速度)。