[发明专利]一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭

说明书

本发明公开一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭，其属于航天火箭技术领域，所述可回收火箭的精简配置动力系统包括第一主动力发动机、第二主动力发动机和摆动姿控发动机，摆动姿控发动机包括姿控发动机涡轮泵、第一推力室和第二推力室；姿控发动机涡轮泵分别与第一推力室、第二推力室相连接；第一推力室和第二推力室均包括有相连接的变向铰、燃烧室和喷管；精简配置动力系统还包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构。本发明方案以最少的发动机配置数量和更易实现的双摆小发动机实现了火箭飞行、回收及其姿态控制，同时该双摆小发动机共用一个涡轮泵，并与二级动力和一级动力统一成型，进一步降动力系统成本，且可靠性提高。

技术领域

本发明属于航天火箭技术领域，具体涉及一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭。

背景技术

国际航天史上，能够依赖发动机自身动力回收的、并能够发射卫星等载荷入轨的、最先进的中大型运载火箭是SpaceX的猎鹰9号，其入轨载荷已达23吨。猎鹰9号运载火箭的一级箭体采用9台90吨的发动机，其中一台发动机安装在一级箭体底部中心，周围均布安装8台发动机。火箭起飞及上升飞行过程中，9台发动机同时工作提供飞行动力；一级箭体回收过程中，周围均布安装的8台发动机熄火关机，中心一台发动机作为回收动力发动机，根据回收过程需要来启动点火工作；回收过程中，回收动力发动机通过推力的调节提供回收动力，通过一级箭体底部的摆管的摆角控制飞行姿态。

对于例如1吨级以下的小运载火箭的回收复用，也得到了国内外各家航天公司的重视，并纷纷学习、借鉴猎鹰9号的回收方案。例如，一级箭体安装9台统一构型小发动机的火箭垂直回收方案；还有如图5、图6A、图6B所示的发动机布局方案，采用两台“双摆”发动机或四台“单摆”发动机。

但到目前为止，实际上还并未实现商业化的小运载火箭发射卫星入轨及垂直回收，主要原因是采用上述现有结构的小运载火箭造价成本高昂，且单位载荷效率较高、回收率较低；并且回收之后的火箭的故障率非常高，无法重复利用。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供一种可回收火箭的精简配置动力系统及其火箭，其通过包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构的可回收火箭的精简配置动力系统，降低了小运载火箭的动力系统成本，提高了可回收火箭的回收率，更具经济性，使小运载火箭发射卫星入轨及垂直回收的商业化应用成为可能。

依据本发明的技术方案，本发明提供了一种可回收火箭的精简配置动力系统，包括第一主动力发动机、第二主动力发动机和摆动姿控发动机；摆动姿控发动机包括姿控发动机涡轮泵、第一推力室和第二推力室；姿控发动机涡轮泵分别与第一推力室、第二推力室相连接；第一推力室和第二推力室均包括有相连接的变向铰、燃烧室和喷管；还包括有控制第一推力室和第二推力室摆动的伺服机构；第一主动力发动机和第二主动力发动机的中心连线，以及，第一推力室和第二推力室的中心连线，这两条连线垂直地在各自中点处相交；摆动姿控发动机通过第一推力室和第二推力室的推力及摆角的调整，根据需要控制一级箭体的飞行姿态，或在可回收火箭垂直回收降落时作为可回收火箭的回收动力。

进一步地，姿控发动机涡轮泵设置于第一推力室和第二推力室的中间。

进一步地，第一主动力发动机和第二主动力发动机为固定设置，第一主动力发动机和第二主动力发动机及其推力室不摆动。

进一步地，第一推力室和第二推力室为双向摇摆、泵后摆型的推力室。

在一实施方式中，第一推力室和第二推力室的喷管上加装有扩张大喷管。

本发明还提供一种可回收火箭，具有上述的可回收火箭的精简配置动力系统。

进一步地，可回收火箭包括有一级箭体，可回收火箭的精简配置动力系统作为一级动力。