[发明专利]一种利用气能回收涡轮制动的火箭及其回收减速方法

说明书

本发明公开了一种利用气能回收涡轮制动的火箭及其回收减速方法，属于航空运输领域，包括一级火箭和二级火箭，一级火箭包括一级火箭机身，一级火箭机身由上到下依次设置有活动挡板、氧化剂腔、燃料剂腔、燃烧腔以及下端的喷气口，一级火箭、二级火箭分离后，一级火箭的活动挡板开启，活动挡板产生阻力减速并调整下落姿态；同时露出涡轮机进气口，涡轮机开始工作；发动机熄火后储存的压缩空气从一级火箭底部向下喷射产生推力用以减速，使火箭冷着陆。本发明在火箭下落过程中采用涡轮机压缩空气至火箭燃料剂腔和氧化剂腔的上腔，在最后的下落过程中，回收的气体向下高速喷射产生反推力从而实现减速，最终实现冷着陆。

技术领域

本发明涉及航空运输领域，尤其是一种利用气能回收涡轮制动的火箭及其回收减速方法。

背景技术

研究运载火箭回收及重复利用的技术，其目的是为了降低发射成本。众所周知，航天发射成本一直以来居高不下，运输1kg的物体上天，成本大约是1至2万美元，因为运载火箭的使用是一次性的。运载火箭的燃料成本大约只是发射成本的1/200，火箭的导航控制系统、燃料储箱和火箭发动机等部分才是真正的最有价值的部分。如果火箭可以重复使用，那么就可以大大降低发射成本。制造出能够重复使用的运载火箭，是航空航天的发展趋势。

国外研究回收火箭技术的典型代表为美国太空探索公司（SpaceX），经历四次火箭回收失败后，最终实现了回收火箭的平稳着陆。“猎鹰9”号运载火箭在将货运飞船送入太空后，一级火箭垂直降落在海上平台，此次回收采用的技术是利用火箭发动机反推减速，实现其被海上平台的接收。

从“猎鹰9”号运载火箭回收过程中可以看出，采用火箭发动机减速，需要消耗大量的推进剂，而且喷射火焰容易烧坏着陆支腿和着陆平台，非常容易引发爆炸，其回收的过程存在很大风险。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种利用气能回收涡轮制动的火箭及其回收减速方法，火箭下落过程中采用涡轮机压缩空气至火箭燃料剂腔和氧化剂腔的上腔，在最后的下落过程中，回收的气体向下高速喷射产生反推力从而实现减速，最终实现冷着陆。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种利用气能回收涡轮制动的火箭，包括一级火箭和二级火箭，所述一级火箭包括一级火箭机身，一级火箭机身由上到下依次设置有活动挡板、氧化剂腔、燃料剂腔、燃烧腔以及下端的喷气口，所述活动挡板活动铰接在一级火箭机身上端且通过液压缸驱动打开，活动挡板内侧的一级火箭机身内设置有涡轮机，所述涡轮机将压缩空气存储在一级火箭机身内部并在下降至接近地面时从喷气口向下喷出。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述一级火箭机身内设有涡轮机安装槽，活动挡板上端铰接在安装槽上沿，液压缸一端铰接在安装槽顶部、另一端铰接在活动挡板上，其中涡轮机安装在活动挡板内壁上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述氧化剂腔和燃料剂腔内部分别内置隔离活塞，隔离活塞下面分别为氧化剂和燃料，涡轮机分别与氧化剂腔和燃料剂腔中隔离活塞上面的空间通过储气管路连接将压缩空气进行存储，且在储气管路上设置有将涡轮机工作产生的压缩空气导入氧化剂腔和燃料剂腔内的单向阀。

本发明技术方案的进一步改进在于：氧化剂腔和燃料剂腔中储存的压缩空气通过出气管路与下端的喷气口相连，出气管路中设置阀门，阀门的开闭由安装在一级火箭机身内部的传感器控制，传感器检测火箭到即将到达地面时发出信号打开阀门，压缩气体从下端喷气口喷出实现减速，实现火箭冷着陆回收。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述涡轮机和活动挡板均设置有四个，涡轮机和活动挡板对应的均布在一级火箭机身外。

一种利用气能回收涡轮制动的火箭回收减速方法，一级火箭、二级火箭分离后，一级火箭的活动挡板开启，活动挡板产生阻力减速并调整下落姿态；同时露出涡轮机进气口，涡轮机开始工作；初始阶段利用剩余燃料驱动发动机减速，发动机熄火后储存的压缩空气从一级火箭底部向下喷射产生推力用以减速，使火箭冷着陆。