一种科学试验液体运载火箭的制作方法

1.本技术涉及航天技术领域，尤其涉及一种科学试验液体运载火箭。


背景技术：

2.当前常规的小型液体火箭主要为长征二号丙和长征四号运载火箭系列，其运载能力定位在2t级发射任务，采用的均为常规有毒推进剂。因此，常规的运载火箭将逐渐退役，由采用液氧煤油发动机或液氧甲烷发动机的新一代运载火箭取而代之。目前已经完成的新一代运载火箭(例如：新一代长征8号和长征6号甲运载火箭等)的运载能力均在ss0500km4吨以上，可发射批量组网任务、商业任何和部分国家任务，但无法适用于所需运力集中在1-2吨规模的快速发射任务，补网发射任务、商业发射任何和科学载荷发射任务。
3.因此，急需一种新一代无毒的火箭来补充1-2t运载能力的区间，从而适用于快速发射任务、补网发射任务和商业发射任何，尤其需要适用于科学载荷发射任务。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种科学试验液体运载火箭，适用于1-2吨的快速发射任务、补网发射任务、商业发射任务和科学载荷发射任务。
5.为达到上述目的，本技术提供一种科学试验液体运载火箭，包括：一子级、二子级和设置于一子级和二子级内的电气系统；一子级至少包括：一级发动机、一级尾段、一级过渡段、一级煤油箱、一级箱间段和一级氧箱；一级尾段的一端设置一级发动机，一级尾段的另一端与一级过渡段的一端连接，一级过渡段的另一端与一级煤油箱的一端连接，一级煤油箱的另一端与一级箱间段的一端连接，一级箱间段的另一端与一级氧箱的一端连接；一级煤油箱与一级发动机连接；一级氧箱贯穿一级煤油箱并与一级发动机连接；一子级上还设置有一级增压输送系统，一级增压输送系统与一级发动机连通；二子级至少包括：级间段、二级氧箱、仪器舱和整流罩；级间段的一端与一级氧箱的另一端连接，级间段的另一端与二级氧箱的一端连接，二级氧箱的另一端与仪器舱的一端连接，仪器舱的另一端与整流罩连接；级间段内设置有二级发动机支架和二级煤油箱，二级发动机设置于二级发动机支架上；二级煤油箱与二级发动机连接；二级氧箱贯穿二级煤油箱并与二级发动机连接；整流罩内设置有荷载支架，有效荷载设置于荷载支架上；仪器舱内设置有辅助动力系统；二子级上还设置有二级增压输送系统，二级增压输送系统与二级发动机连通。
6.如上的，其中，级间段内设置有反推小火箭和冷气分离能源系统，级间段的一端与一级氧箱的另一端连接，分离时，第一爆炸螺栓解锁，通过反推小火箭与冷气分离能源系统配合完成一次分离。
7.如上的，其中，级间段内设置有弹簧推力器，级间段的另一端与二级氧箱的一端通过第二爆炸螺栓连接，分离时，第二爆炸螺栓解锁，通过弹簧推力器完成二次分离。
8.如上的，其中，一级发动机为三台85吨级液氧煤油液体发动机，三台85吨级液氧煤油液体发动机为一字型排开设置。
9.如上的，其中，二级发动机为一台20级液氧煤油发动机。
10.如上的，其中，一级增压输送系统的结构和二级增压输送系统的结构相同，至少包括：安全阀、用于贮存推进剂的贮箱、输送管、涡轮泵、蒸发器、增压管和消能器；安全阀设置于贮箱上；输送管分别与一级发动机或二级发动机、贮箱和涡轮泵连通；蒸发器与涡轮泵连通；涡轮泵与增压管的一端连通，增压管的另一端与消能器连通；消能器设置于贮箱内，且与贮箱连通。
11.如上的，其中，电气系统至少包括：一体化测发控组合、动力电源、设备电源和前端交换机；一体化测发控组合至少包括：智能测控组合、飞行控制组合和一级一体化组合；动力电源分别与一级问题系统和二级伺服系统电连接；设备电源分别与一级电池、安控电池、火工电池和二级仪器电池电连接；一级电池与一级一体化组合电连接，一级一体化组合与电磁阀火工品电连接；安控电池分别与安全控制组合和脉冲相互应答机电连接；火工电池与飞行控制组合电连接，飞行控制组合与智能测控组合电连接；二级仪器电池分别与飞行控制组合和智能控制组合电连接；前端交换机通过以太网分别与一级电池、一级交换机、一级一体化组合、安控电池、二级交换机、火工电池、二级仪器电池、飞行控制组合和智能测控组合通信；一级一体化组合通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器、飞行控制组合和智能测控组合连接；飞行控制组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器和智能测控组合连接；智能测控组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机和数字压力传感器连接；速率陀螺、一级一体化组合、一级问题系统、二级伺服系统、飞行控制组合、智能测控组合和激光惯组之间均通过1553b连接；智能测控组合通过普通信号分别与两器、gnss天线和摄像装置通信；飞行控制组合通过普通信号与安全控制组合通信；安全控制组合通过普通信号与安控天线通信；一级一体化组合通过普通信号与两器通信。
12.如上的，其中，整流罩为蚌式半罩。
13.如上的，其中，有效载荷与荷载支架通过点式爆炸螺栓连接。
14.如上的，其中，荷载支架采用碳纤维复合材料。
15.本技术实现的有益效果如下：
16.(1)本技术的科学试验液体运载火箭是ss0500km2t级运载火箭，为采用液氧煤油推进剂的二级液体火箭构型，适用于1-2吨的快速发射任务、补网发射任务、商业发射任务和科学载荷发射任务。
17.(2)本技术的科学试验液体运载火箭采用液氧、煤油发动机、轻质化和工业化结构设计，无需使用常规有毒推进剂。
18.(3)本技术的科学试验液体运载火箭采用自生增压方案，大幅度降低了动力系统的需求。
19.(4)本技术的科学试验液体运载火箭采用1553b、rs422和以太网的混合总线体制，实现了供配电一体化，简化了测发控流程。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为科学试验液体运载火箭一种实施例的结构示意图；
22.图2为一级增压输送系统或二级增压输送系统一种实施例的结构示意图；
23.图3为电气系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
24.下面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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1-2所示，本技术提供一种科学试验液体运载火箭，包括：一子级1、二子级2和设置于一子级1和二子级2内的电气系统。一子级1至少包括：一级发动机11、一级尾段12、一级过渡段13、一级煤油箱14、一级箱间段15和一级氧箱16；一级尾段12的一端设置一级发动机11，一级尾段12的另一端与一级过渡段13的一端连接，一级过渡段13的另一端与一级煤油箱14的一端连接，一级煤油箱14的另一端与一级箱间段15的一端连接，一级箱间段15的另一端与一级氧箱16的一端连接。一级煤油箱14与一级发动机11连接；一级氧箱16贯穿一级煤油箱14并与一级发动机11连接。一子级1上还设置有一级增压输送系统，一级增压输送系统与一级发动机11连通。二子级2至少包括：级间段21、二级氧箱22、仪器舱23和整流罩24；级间段21的一端与一级氧箱16的另一端连接，级间段21的另一端与二级氧箱22的一端连接，二级氧箱22的另一端与仪器舱23的一端连接，仪器舱23的另一端与整流罩24连接。级间段21内设置有二级发动机支架211和二级煤油箱212，二级发动机213设置于二级发动机支架211上；二级煤油箱212与二级发动机213连接；二级氧箱22贯穿二级煤油箱212并与二级发动机213连接。整流罩24内设置有荷载支架241，有效荷载设置于荷载支架241上；仪器舱23内设置有辅助动力系统。二子级2上还设置有二级增压输送系统，二级增压输送系统与二级发动机213连通。
26.具体的，本技术的科学试验液体运载火箭的运力集中在1-2吨规模，采用两级液体串联构型。全箭总长约45m，全箭的具体长度根据实际情况而定，本技术优选为45m。一子级1的直径为3.35m，但不仅限于3.35m，本技术优选为3.35m。二子级2的直径为3.35m，但不仅限于3.35m，本技术优选为3.35m。一级煤油箱14采用常温氦气增压方案。二级煤油箱212为悬挂贮箱，采用常温氦气增压方案。在二子级2内配置独立的辅助动力系统，用于完成主机飞行段滚动通道控制、末速修正和滑行段调姿等任务。
27.进一步的，级间段21内设置有反推小火箭和冷气分离能源系统，级间段21的一端与一级氧箱16的另一端连接，分离时，第一爆炸螺栓解锁，通过反推小火箭与冷气分离能源系统配合完成一次分离。
28.具体的，第一爆炸螺栓、反推小火箭和冷气分离能源系统均采用现有的设置方式即可实现。
29.进一步的，级间段21内设置有弹簧推力器，级间段21的另一端与二级氧箱22的一端通过第二爆炸螺栓连接，分离时，第二爆炸螺栓解锁，通过弹簧推力器完成二次分离。
30.具体的，将弹簧推力器作为分离能源，能够实现平抛分离方案。第二爆炸螺栓和弹簧推力器均采用现有的设置方式即可实现。
31.进一步的，一级发动机11为三台85吨级液氧煤油液体发动机，三台85吨级液氧煤油液体发动机为一字型排开设置。
32.具体的，一级发动机11的具体个数根据实际情况而定，本技术优选为三台。一级发动机11为85吨级液氧煤油液体发动机，但不仅限于85吨级液氧煤油液体发动机，本技术优选为85吨级液氧煤油液体发动机。通过一级发动机11的摇摆提供控制力矩。
33.进一步的，二级发动机213为一台20级液氧煤油发动机，但不仅限于20级液氧煤油发动机，本技术优选为20级液氧煤油发动机。
34.具体的，二级发动机213单向摇摆提供控制力矩。
35.进一步的，整流罩24为蚌式半罩。
36.具体的，整流罩24由球头、冯卡门段和筒段组成。整流罩24的直径为3.35m，不仅限于3.35m，本技术优选为3.35m。蚌式半罩纵向采用点式或线性与仪器舱23连接，蚌式半罩横向采用点式连接与载荷支架214的下端框连接。整流罩24的分离方案为：横向通过爆炸螺栓连接解锁，纵向通过线性装置和爆炸螺栓连接解锁。
37.进一步的，整流罩24采用全透波复合材料，但不仅限于全透波复合材料，本技术优选为全透波复合材料，可满足卫星测试期间全向远程通信需求。
38.进一步的，载荷支架214的下端框具有转接框功能，仪器舱23与载荷支架214对接，整流罩24与载荷支架214对接，载荷支架214和有效载荷均设置于整流罩24内。
39.进一步的，有效载荷与荷载支架241通过点式爆炸螺栓连接。
40.具体的，有效载荷与荷载支架241通过点式爆炸螺栓连接，也通过点式爆炸螺栓实现星箭分离。
41.进一步的，荷载支架241采用碳纤维复合材料。
42.具体的，载荷支架214根据任务需求选择采用蒙皮-桁条半硬壳结构或碳纤维复合材料，但不仅限于蒙皮-桁条半硬壳结构或碳纤维复合材料。
43.进一步的，一级尾段12上安置有四台尾翼，用于对火箭进行稳定性控制。
44.进一步的，一级尾段12、一级过渡段13、一级箱间段15、级间段21和仪器舱23等部段采用传统的铝合金蒙皮-桁条半硬壳结构，但不仅限于传统的铝合金蒙皮-桁条半硬壳结构。
45.进一步的，一子级1和二子级2中的贮箱(例如：一级煤油箱14和二级煤油箱212)均采用承压式硬壳结构，但不仅限于承压式硬壳结构。贮箱的主体为光筒壳形式或网格加筋形式，前后短壳为网格加筋结构，前后底为整体旋压，设置进出人孔，并焊接增压、输送和加泄法兰接口。
46.进一步的，如图2所示，一级增压输送系统的结构和二级增压输送系统的结构相同，至少包括：安全阀3、用于贮存推进剂的贮箱4、输送管5、涡轮泵6、蒸发器7、增压管8和消能器9；安全阀3设置于贮箱4上；输送管5分别与一级发动机11或二级发动机213、贮箱4和涡轮泵6连通；蒸发器7与涡轮泵6连通；涡轮泵6与增压管8的一端连通，增压管8的另一端与消能器9连通；消能器9设置于贮箱4内，且与贮箱4连通。
47.具体的，本技术的动力增压选择自生增压，自生增压系统(即：一级增压输送系统
的结构和二级增压输送系统)组成简单，增压气体来源于贮箱4中的推进剂，不需要额外设置增压介质的贮存装置，系统测试及射前操作简便，成本低。自生增压是利用发动机(即：一级发动机11或二级发动机213)加热汽化后的推进剂蒸气对贮箱4进行增压。从发动机泵后高压区引出一部分推进剂，在发动机加热部件中加热汽化产生所需要的增压气体，并将温度加热至要求值，通过增压管8直接引入贮箱4增压。
48.进一步的，如图3所示，电气系统至少包括：一体化测发控组合、动力电源、设备电源和前端交换机；一体化测发控组合至少包括：智能测控组合、飞行控制组合和一级一体化组合。动力电源分别与一级问题系统和二级伺服系统电连接；设备电源分别与一级电池、安控电池、火工电池和二级仪器电池电连接；一级电池与一级一体化组合电连接，一级一体化组合与电磁阀火工品电连接；安控电池分别与安全控制组合和脉冲相互应答机电连接；火工电池与飞行控制组合电连接，飞行控制组合与智能测控组合电连接；二级仪器电池分别与飞行控制组合和智能控制组合电连接。前端交换机通过以太网分别与一级电池、一级交换机、一级一体化组合、安控电池、二级交换机、火工电池、二级仪器电池、飞行控制组合和智能测控组合通信。一级一体化组合通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器、飞行控制组合和智能测控组合连接；飞行控制组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器和智能测控组合连接；智能测控组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机和数字压力传感器连接。速率陀螺、一级一体化组合、一级问题系统、二级伺服系统、飞行控制组合、智能测控组合和激光惯组之间均通过1553b连接。智能测控组合通过普通信号分别与两器、gnss天线和摄像装置通信；飞行控制组合通过普通信号与安全控制组合通信；安全控制组合通过普通信号与安控天线通信；一级一体化组合通过普通信号与两器通信。
49.具体的，本技术的电气系统采用1553b、rs422和以太网的混合总线体制，以惯组、速率陀螺和各类传感器为敏感元件，关键单机采用符合6uvpx导冷标准的综合电子设备，完成gnc解算、组合导航解算、时序控制、箱压控制、耗尽关机控制、测量参数采集等功能，采用机电伺服机构+发动机喷管+姿控喷管实现全箭的推力矢量和滚动通道控制。全箭一次电源由锂离子电池和热电池提供，实现全箭分级统一供配电。
50.本技术实现的有益效果如下：
51.(1)本技术的科学试验液体运载火箭是ss0500km2t级运载火箭，为采用液氧煤油推进剂的二级液体火箭构型，适用于1-2吨的快速发射任务、补网发射任务、商业发射任务和科学载荷发射任务。
52.(2)本技术的科学试验液体运载火箭采用液氧、煤油发动机、轻质化和工业化结构设计，无需使用常规有毒推进剂。
53.(3)本技术的科学试验液体运载火箭采用自生增压方案，大幅度降低了动力系统的需求。
54.(4)本技术的科学试验液体运载火箭采用1553b、rs422和以太网的混合总线体制，实现了供配电一体化，简化了测发控流程。
55.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，本技术的保护范围意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本
申请进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术保护范围及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种科学试验液体运载火箭，其特征在于，包括：一子级、二子级和设置于一子级和二子级内的电气系统；一子级至少包括：一级发动机、一级尾段、一级过渡段、一级煤油箱、一级箱间段和一级氧箱；一级尾段的一端设置一级发动机，一级尾段的另一端与一级过渡段的一端连接，一级过渡段的另一端与一级煤油箱的一端连接，一级煤油箱的另一端与一级箱间段的一端连接，一级箱间段的另一端与一级氧箱的一端连接；一级煤油箱与一级发动机连接；一级氧箱贯穿一级煤油箱并与一级发动机连接；一子级上还设置有一级增压输送系统，一级增压输送系统与一级发动机连通；二子级至少包括：级间段、二级氧箱、仪器舱和整流罩；级间段的一端与一级氧箱的另一端连接，级间段的另一端与二级氧箱的一端连接，二级氧箱的另一端与仪器舱的一端连接，仪器舱的另一端与整流罩连接；级间段内设置有二级发动机支架和二级煤油箱，二级发动机设置于二级发动机支架上；二级煤油箱与二级发动机连接；二级氧箱贯穿二级煤油箱并与二级发动机连接；整流罩内设置有荷载支架，有效荷载设置于荷载支架上；仪器舱内设置有辅助动力系统；二子级上还设置有二级增压输送系统，二级增压输送系统与二级发动机连通。2.根据权利要求1所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，级间段内设置有反推小火箭和冷气分离能源系统，级间段的一端与一级氧箱的另一端连接，分离时，第一爆炸螺栓解锁，通过反推小火箭与冷气分离能源系统配合完成一次分离。3.根据权利要求2所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，级间段内设置有弹簧推力器，级间段的另一端与二级氧箱的一端通过第二爆炸螺栓连接，分离时，第二爆炸螺栓解锁，通过弹簧推力器完成二次分离。4.根据权利要求3所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，一级发动机为三台85吨级液氧煤油液体发动机，三台85吨级液氧煤油液体发动机为一字型排开设置。5.根据权利要求4所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，二级发动机为一台20级液氧煤油发动机。6.根据权利要求5所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，一级增压输送系统的结构和二级增压输送系统的结构相同，至少包括：安全阀、用于贮存推进剂的贮箱、输送管、涡轮泵、蒸发器、增压管和消能器；安全阀设置于贮箱上；输送管分别与一级发动机或二级发动机、贮箱和涡轮泵连通；蒸发器与涡轮泵连通；涡轮泵与增压管的一端连通，增压管的另一端与消能器连通；消能器设置于贮箱内，且与贮箱连通。7.根据权利要求6所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，电气系统至少包括：一体化测发控组合、动力电源、设备电源和前端交换机；一体化测发控组合至少包括：智能测控组合、飞行控制组合和一级一体化组合；动力电源分别与一级问题系统和二级伺服系统电连接；
设备电源分别与一级电池、安控电池、火工电池和二级仪器电池电连接；一级电池与一级一体化组合电连接，一级一体化组合与电磁阀火工品电连接；安控电池分别与安全控制组合和脉冲相互应答机电连接；火工电池与飞行控制组合电连接，飞行控制组合与智能测控组合电连接；二级仪器电池分别与飞行控制组合和智能控制组合电连接；前端交换机通过以太网分别与一级电池、一级交换机、一级一体化组合、安控电池、二级交换机、火工电池、二级仪器电池、飞行控制组合和智能测控组合通信；一级一体化组合通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器、飞行控制组合和智能测控组合连接；飞行控制组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机、数字压力传感器和智能测控组合连接；智能测控组合还通过rs422接口分别与液位传感器、数字传感器、遥测发射机和数字压力传感器连接；速率陀螺、一级一体化组合、一级问题系统、二级伺服系统、飞行控制组合、智能测控组合和激光惯组之间均通过1553b连接；智能测控组合通过普通信号分别与两器、gnss天线和摄像装置通信；飞行控制组合通过普通信号与安全控制组合通信；安全控制组合通过普通信号与安控天线通信；一级一体化组合通过普通信号与两器通信。8.根据权利要求7所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，整流罩为蚌式半罩。9.根据权利要求8所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，有效载荷与荷载支架通过点式爆炸螺栓连接。10.根据权利要求9所述的科学试验液体运载火箭，其特征在于，荷载支架采用碳纤维复合材料。

技术总结
本申请公开了一种科学试验液体运载火箭，包括：一子级、二子级和设置于一子级和二子级内的电气系统；一子级至少包括：一级发动机、一级尾段、一级过渡段、一级煤油箱、一级箱间段和一级氧箱；二子级至少包括：级间段、二级氧箱、仪器舱和整流罩。本申请适用于1-2吨的快速发射任务、补网发射任务、商业发射任务和科学载荷发射任务。荷发射任务。荷发射任务。


技术研发人员：杨浩亮 张瑞 薛子旺 刘广勋
受保护的技术使用者：北京中科宇航技术有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/6/28