一种双向点火回收火箭及其回收控制方法

技术领域

本发明属于一种回收火箭的方法，具体涉及一种双向点火回收火箭及其回收控制方法。

背景技术

现在的液体火箭回收技术水平已取得一定的发展，但仍存在一些约束与挑战，目前的回收火箭构型还停留在原有的火箭构型上，固有的动力系统构型是回收设计的约束条件。随着回收技术的发展，动力系统推力等参数需要在较大范围内变化，对动力系统的调节能力提出了较高的要求，传统构型火箭就存在推力调节空间不足的问题。

目前，一般都是采用基于调整各部件，诸如泵、调节阀门开口的工作范围的设计思路来实现变推，调整范围较小，也导致回收火箭设计空间受限。

发明内容

本发明针对目前液体火箭回收技术中，基于调整各部件的设计思路实现变推的方法，存在调整范围较小，回收火箭设计空间受限的技术问题，提供一种双向点火回收火箭及其回收控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提出一种双向点火回收火箭，包括一子级火箭体和二子级火箭体；还包括正向发动机和反向发动机；

所述二子级火箭体的下端安装有二子级火箭体发动机；

所述一子级火箭体的下端安装有正向发动机，上端安装有反向发动机。

进一步地，还包括第一动力输送装置和第二动力输送装置；

所述一子级火箭体内设置有氧化剂箱体和燃料箱体；

所述第一动力输送装置一端连接氧化剂箱体，另一端分别连接正向发动机和反向发动机，用于向正向发动机和反向发动机输送氧化剂；

所述第二动力输送装置一端连接燃料箱体，另一端分别连接正向发动机和反向发动机，用于向正向发动机和反向发动机输送燃料。

进一步地，还包括第一动力装置和第二动力装置；所述第一动力输送装置包括第一输送管和第一积液腔，所述第二动力输送装置包括第二输送管和第二积液腔；

所述正向发动机设置有多个；

所述第一输送管输入端连接氧化剂箱体，一个输出端依次通过第一积液腔和第一动力装置连接正向发动机，另一个输出端通过第二动力装置连接反向发动机；

所述第二输送管输入端连接燃料箱体，一个输出端依次通过第二积液腔和第一动力装置连接正向发动机，另一个输出端通过第二动力装置连接反向发动机。

进一步地，所述第一动力装置和所述第二动力装置均为电泵。

进一步地，所述第一动力装置和所述第二动力装置均为气体增压动力装置。

进一步地，所述氧化剂箱体位于燃料箱体上方，且氧化剂箱体底部与燃料箱体顶部为一体式结构。

进一步地，所述正向发动机和反向发动机的规格相同。

进一步地，所述规格包括发动机推力和发动机装药量。

第二方面，本发明提出一种上述双向点火回收火箭的回收控制方法，包括：

在所述一子级火箭体回收返回时刻，启动反向发动机；

在回收着陆阶段，启动正向发动机，直至一子级火箭体减速至0。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提出一种双向点火回收火箭，以一子级火箭体作为待回收火箭部分，在一子级火箭体的上端和下端分别安装反向发动机和正向发动机，反向发动机用于火箭回收过程中，在一子级火箭体返回点火时启动，与现有回收方法相比，回收过程中不再需要用额外的姿控系统进行180°转弯操作，另外，借助反向发动机，能够使一子级火箭体在回收过程中的减速度阶段和着陆阶段，整体变推力调节能力突破常规回收火箭的30-100％。

2.本发明中一子级火箭体上安装的正向发动机和反向发动机，在需要启动工作时，共用氧化剂箱体和燃料箱体，能够使本发明的点火回收火箭结构更加紧凑，管路设计更加合理。

3.本发明中正向发动机设置有多个时，借助第一积液腔和第二积液腔，完成各正向发动机之间氧化剂和燃料的分配，结构简单，且能够保证各正向发动机的稳定工作。

4.本发明中氧化剂箱体底部和燃料箱体顶部为一体式结构，加工方便，且能够进一步减小推进剂箱体的体积。

5.本发明还提出了一种双向点火回收火箭的回收控制方法，相较现有回收火箭的回收控制方法，只需要在一子级火箭体回收返回时刻启动反向发送机即可，不再需要用额外的姿控系统进行转弯操作，操作简便且易于实现，具有广泛的推广前景。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例一中双向点火回收火箭的结构示意图；

图2为实施例一中一子级火箭体的结构示意图；

图3为实施例一中二子级火箭体的结构示意图；

图4为实施例二中第一动力输送装置和第二动力输送装置的结构示意图。

其中：1-二子级火箭体、2-一子级火箭体、3-级间段、4-二子级或箭体发动机、5-反向发动机、6-正向发动机、7-第一动力装置、8-第二动力装置、9-氧化剂箱体、10-燃料箱体、11-第一输送管、12-第一积液腔、13-第二输送管、14-第二积液腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

由于一次性使用的火箭发射成本较高，衍生出回收火箭。

下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

参见图1至图3所示，作为本发明一种双向点火回收火箭的一个基础实施例，包括一子级火箭体2、二子级火箭体1、正向发动机6和反向发动机5。

二子级火箭体1的下端安装有二子级火箭体发动机。一子级火箭体2的下端安装有正向发动机6，上端安装有反向发动机5。

本发明的双向点火回收火箭包括两个子级火箭体，即一子级火箭体2和二子级火箭体1，其中，一子级火箭体2为需要回收的部分，本发明的独特之处在于，一子级火箭体2的上端和下端均配置了发动机，一子级火箭体2的下端安装正向发动机6，上端安装反向发动机5，反向发动机5用于在火箭回收过程中，在一子级火箭体2回收段返回过程的起点点火，避免了以往回收火箭用额外的姿控系统进行180°转弯操作，借用一子级火箭体2的反向发动机5，省去了以往回收火箭的翻转操作。回收时，只需要启动反向发动机5，通过方向发动机和正向发动机6之间相互的推力作用，能够使一子级火箭体2沿几乎直线轨迹被回收。另外，在减速度阶段和着陆阶段，一子级火箭体2的整体变推力调节能力将突破以往正向火箭的30-100％。因为反向发动机5点火后将产生负向的推力，整体而言，一子级火箭体2，仅在同等规格的正向发动机6和反向发动机5作用下，将实现-80-80％等效推力变化，提升了回收火箭的速度调节能力。

实施例二

如图4所示，作为本发明一种双向点火回收火箭的一个优选实施例，包括一子级火箭体2、二子级火箭体1、正向发动机6、反向发动机5、第一动力输送装置、第二动力输送装置、第一动力装置7和第二动力装置8。

二子级火箭体1的下端安装有二子级火箭体发动机，一子级火箭体2的下端安装有正向发动机6，上端安装有反向发动机5。正向发动机6设置有三个，在本发明的其他实施例中，正向发动机6的数量还可以根据需要进行调整，本发明中不对正向发动机6的数量进行限制，根据回收火箭回收过程中的要求进行设置。

其中，第一动力输送装置包括第一输送管11和第一积液腔12，所述第二动力输送装置包括第二输送管13和第二积液腔14。第一输送管11输入端连接氧化剂箱体9，一个输出端依次通过第一积液腔12和第一动力装置7连接正向发动机6，另一个输出端通过第二动力装置8连接反向发动机5。第二输送管13输入端连接燃料箱体10，一个输出端依次通过第二积液腔14和第一动力装置7连接正向发动机6，另一个输出端通过第二动力装置8连接反向发动机5。第一动力输送装置和第二动力输送装置组成回收火箭的输送系统，另外，回收火箭中会配置氧化剂箱体9和燃料箱体10，分别用于存放氧化剂和燃料，向正向发动机6和反向发动机5输送氧化剂和燃料，氧化剂和燃料的具体类型可根据实际需要进行调整和选择。正向发动机6和反向发动机5共用同一个氧化剂箱体9和燃料箱体10，借助第一动力输送装置和第二动力输送装置获取氧化剂和燃料。位于一子级火箭体2上端的反向发动机5，通过第二动力装置8，分别经第一输送管11和第二输送管13获取氧化剂箱体9和燃料箱体10中的推进剂，位于一子级火箭体2下端的正向发动机6，通过第一动力装置7，分别经第一输送管11和第二输送管13，将氧化剂和燃料送至第一积液腔12和第二积液腔14，借助积液腔的方式向各正向发动机6进行分配。作为一种优选方案，第一动力装置7和第二动力装置8，既可以采用泵送的方式，均使用电泵进行抽吸，也可以采用传统的气体增压方式提供动力。

一般情况下，氧化剂箱体9位于燃料箱体10的上方，在本发明的其他实施例中，氧化剂箱体9底部与燃料箱体10顶部为一体式结构，能够进一步减小氧化剂箱体9和燃料箱体10的占用空间。另外，第一输送管11和第二输送管13可以设计为穿箱管路结构，进一步缩小空间。

本发明提出一种新的回收火箭设计思路，虽然整体结构较为简单，但体现了一种全新的回收方法。基于上述双向点火回收火箭，本发明还提出了一种双向点火回收火箭的回收控制方法，在一子级火箭体2回收返回时刻，启动反向发动机5，在即将降落至地面前，启动正向发动机6和反向发动机5，两级协作，实现更大的推力调节范围，使得等效推力实时抵消稍大于重力加速度，至减速为0。

现有的火箭回收仅靠一子级发动机点火工作，在返程点要做大机动翻转，对于高空中推进剂的蓄留控制提出了较高的要求。另外，为了扩大推力调节范围，除了子部件的多点设计外，还可以从整个动力构型设计出发，从根本上解除原有构型的制约。本发明提出一种双向发动机一子级构型，保证在返程点，由反向发动机点火，可以减少火箭大机动运动环节，同时，基于现在的发动机技术，变推能力有限，在回收着陆阶段，箭体重量不能太轻，要略等于发动机变推极限，为了去除这一约束，本发明通过两台发动机同时工作，即便是变推范围有限的发动机，也可以组合出来等效推力变化更大的效果，达到“1+1>2”的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。