[发明专利]一种基于RBCC动力的可重复使用运载器的使用方法

说明书

技术领域

本发明属于航空宇航科学与技术领域，涉及一种基于RBCC动力的三级运载器。

背景技术

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。

发明内容

本发明的发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明的有益效果是，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为本发明一种基于RBCC动力的三级运载器的使用方法示意图；

图2为本发明一种基于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为本发明一种基于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为本发明一种基于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发明进行详细说明。

本发明提供了一种基于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。本发明的第二级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，而本发明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。

本发明所提出的一种基于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。