[发明专利]一种真空管道航天发射末段气压平衡装置与方法

权利要求书

1.一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，包括依山体(3)而建的管道1，其特征在于：管道(1)内设有车辆(2)，车辆(2)上搭载有火箭(4)，管道(1)出口位于山体(3)顶部，跟水平面呈一定仰角α，管道(1)靠近出口设有多个放气孔(8)；

所述的管道(1)由始发段(11)、加速段(12)和发射段(13)组成，始发段(11)、加速段(12)和发射段(13)分别设有真空泵(6)；始发段(11)和加速段(12)之间设有第一气闸门(51)，加速段(12)和发射段(13)之间设有第二气闸门(52)，始发段(11)设置入口门(111)，发射段(13)设置出口门(131)，发射段(13)末端设有多个放气孔(8)，放气孔(8)通过自动气阀控制其是否跟大气连通。

2.根据权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，其特征在于：所述的车辆(2)为真空管道交通车辆，去掉车厢，保留底盘改造而来，车辆(2)为磁悬浮车辆。

3.根据权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，其特征在于：所述的管道(1)为真空管道。

4.根据权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，其特征在于：所述的车辆(2)与火箭(4)之间设置成可自动分离形式，进入发射段(13)后，车辆(2)减速，火箭(4)脱离车辆(2)，在贯性作用下冲出发射段(13)的出口门(131)进入天空。

5.根据权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，其特征在于：所述的火箭(4)搭载货运飞船，载运火箭(4)的车辆(2)加速度10g，火箭(4)离开管道(1)时的速度为1km/s；火箭(4)在管道(1)内加速时间为100s，管道总长度50km，山体(3)海拔8000m，发射仰角α，tgα＝0.016。

6.根据权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，其特征在于：所述的管道(1)出口气压约35000Pa。

7.利用权利要求1所述的一种真空管道航天发射末段气压平衡装置的发射末段气压平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

设火箭长度为a，火箭(4)起点O为坐标原点，管道末端坐标为l；从离出口门(131)距离b处开始，在管道(1)管壁上每隔间隔c设置放气孔(8)，第一个放气孔(8)用H₁标记，其在x轴上的坐标为l-b；

发射开始的t＝t₀时刻，火箭(4)及车辆(2)速度为0，管道(1)内部气压为p₁＝10Pa，管道(1)的出口门(131)外气压为p₀＝35000Pa，p₀p₁；

t＝t₁时，火箭(4)及车辆(2)到达第一个放气孔(8)所在的H₁处，速度达到v₁，打开所有放气孔(8)的自动气阀，开始往管道(1)内放气；那么从t₁时刻开始，火箭所经由的管道(1)内的气压逐渐上升；放气孔(8)大小与放气速度要求做到，当火箭(4)到达出口门(131)时，出口处管道(1)内气压跟管道(1)外气压相等，即等于35000Pa；

随着管道(1)内车辆(2)及火箭(4)速度的增大，为了保持加速度不变，施加在车辆(2)上的驱动力F_q需要相应地持续增加；

当tt₁时，F_q＝f(t,F_d)，其中F_d也是时间t的函数，F_d＝g(t)；

当tt₁时，F_q＝f(t,F_d)，其中F_d＝g(t，F_a)，F_a为放气孔(8)进气后增加的附加气动阻力，其也是时间t的函数；

要求驱动力F_q大于气动阻力F_d，以保证对火箭(4)所需的加速度；

b的大小通过优化计算或实验分析来确定。