具有高入轨效率和强机动能力的飞行器及其入轨方法与流程

文档序号:19904148发布日期:2020-02-11 14:15
具有高入轨效率和强机动能力的飞行器及其入轨方法与流程

本发明涉及航空器领域,尤其涉及一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器及其入轨方法。



背景技术:

飞行器的入轨效率是飞行器需要提高的重要指标,入轨效率是指在特定任务条件下,飞行器能够搭载的最大有效载荷质量与飞行器起飞总质量之比,反映了飞行器规定条件下的入轨能力。

空间载荷入轨的传统方式为,使用运载火箭直接将有效载荷送至预定轨道。其中在多级入轨火箭的情况下,由两个或两个以上的子级连接起来并依次工作,多级火箭的第一子级点火工作后推动整个火箭加速飞行,第一子级火箭工作结束后与整个火箭分离,第二子级火箭点火工作继续推动火箭飞行,依次类推,直至把有效载荷加速到预定速度,送入预定轨道。在这种情况下,比如火箭末级需要与有效载荷一起经历从发射到进入预定轨道之前的整个飞行过程,因此,末级呆重(末级中无用的质量,比如除末级燃料以外的末级壳体的质量)会使火箭损失较多的运载能力,进而影响入轨效率。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,本发明实施例期望提供一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器及其入轨方法,能够大幅提升飞行器的入轨效率,并且能使飞行器具有强机动能力,即能够更容易地实现变轨。

本发明的技术方案是这样实现的:

第一方面,本发明实施例提供了一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器,所述飞行器包括:

固体发动机;

连接至所述固体发动机的飞行器平台;以及

安装至所述飞行器平台的载荷,所述载荷旨在随同所述飞行器飞行进入目标轨道以便执行任务;

其中,所述固体发动机用于提供所述飞行器从地面发射场飞行进入亚轨道所需的飞行动力,

其中,在所述飞行器飞行进入所述亚轨道之后,所述固体发动机从所述飞行器脱离,

其中,所述飞行器平台中设置有液体推进系统,所述液体推进系统用于提供所述飞行器从所述亚轨道飞行进入所述目标轨道所需的飞行动力。

第二方面,本发明实施例提供了一种使根据第一方面所述的飞行器入轨的方法,所述方法包括:

通过所述固体发动机提供飞行动力使所述飞行器从地面发射场飞行进入所述亚轨道;

在所述飞行器飞行进入所述亚轨道之后使所述固体发动机从所述飞行器脱离;

在所述固体发动机从所述飞行器脱离之后,通过所述液体推进系统提供飞行动力使所述飞行器从所述亚轨道飞行进入所述目标轨道。

本发明实施例提供了一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器及其入轨方法;在飞行器进入亚轨道后固体发动机从飞行器脱离,飞行器通过设置在飞行器平台中的液体推进系统提供的飞行动力完成从亚轨道至目标轨道的飞行,因此飞行器从亚轨道开始不再受运载火箭呆重影响,而由于液体推进系统的质量远小于提供相应飞行动力的固体发动机的质量,因此大幅提升了飞行器的入轨效率,解决了有效载荷实际需求与运载能力不足之间的矛盾,由于飞行器入轨后的机动性能可以通过液体推进系统实现,因此飞行器具有强机动能力,能够更容易地实现变轨。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器的组成结构的示意图;

图2为本发明实施例提供的一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器的入轨过程的示意图,其中三个虚线环分别表示亚轨道、过渡轨道和目标轨道;

图3为本发明实施例提供的一种使具有高入轨效率和强机动能力的飞行器入轨的方法的示意图。

具体实施方式

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。

参见图1和图2,本发明实施例提供了一种具有高入轨效率和强机动能力的飞行器100,所述飞行器100包括:

固体发动机110;

连接至所述固体发动机110的飞行器平台120;以及

安装至所述飞行器平台120的载荷130,所述载荷130旨在随同所述飞行器100飞行进入目标轨道o3以便执行任务;

其中,所述固体发动机110用于提供所述飞行器100从地面发射场gs飞行进入亚轨道o1所需的飞行动力,

其中,在所述飞行器100飞行进入所述亚轨道o1之后,所述固体发动机110从所述飞行器100脱离,

其中,所述飞行器平台120中设置有液体推进系统121,所述液体推进系统121用于提供所述飞行器100从所述亚轨道o1飞行进入所述目标轨道o3所需的飞行动力。

如上所述的飞行器100在进入亚轨道o1后,固体发动机110从飞行器100脱离,飞行器100通过设置在飞行器平台120中的液体推进系统121提供的飞行动力完成从亚轨道o1至目标轨道o3的飞行,因此飞行器100从亚轨道o1开始不再如传统入轨方式那样受运载火箭呆重影响,而由于液体推进系统121的质量远小于提供相应飞行动力的固体发动机的质量,因此会不损失较多的运载能力,使得飞行器100的入轨效率得到大幅提升,并且飞行器100入轨后的机动性能可以通过液体推进系统121实现,因此飞行器100具有强机动能力,能够更容易地实现变轨。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述液体推进系统121还能够提供所述飞行器100从所述目标轨道o3开始进行至少一次变轨以飞行进入不同的任务轨道所需的飞行动力,由此实现了飞行器100的强机动能力。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,如图2所示,所述飞行器100从所述亚轨道o1飞行进入所述目标轨道o3的过程包括从所述亚轨道o1飞行进入过渡轨道o2以及从所述过渡轨道o2飞行进入目标轨道o3。具体地,以目标轨道o3为距地面500km的轨道为例,亚轨道o1可以为距地面260km、飞行器具有7.2km/s的速度的轨道,过渡轨道o2可以为距地面300km的轨道。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述飞行器100采用霍曼转移的变轨方式从所述过渡轨道o2飞行进入目标轨道o3。其中霍曼转移是指共面圆轨道间、时间自由的两冲量全局最优转移,其轨道是在远地点和近地点分别与外圆和内圆相切的双共切椭圆。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,如图1所示,所述固体发动机110包括至少一个子级发动机,所述至少一个子级发动机逐级为所述飞行器100提供飞行动力并且每级发动机在工作结束后从所述飞行器100脱离。具体地,如图1所示,所述固体发动机110可以包括三个子级发动机111、112、113,第一子级发动机111点火工作后推动飞行器100飞行,第一子级发动机111工作结束后从飞行器100脱离,接着第二子级发动机112点火工作继续推动飞行器100飞行,依次类推,直至第三子级发动机113把飞行器100送入亚轨道o1。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述至少一个子级发动机为能够实现快速组合集成的现有固体发动机,

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述载荷130具有与所述飞行器平台120适配的标准化接口(图中未示出),所述标准化接口能够实现将所述载荷130快速安装至所述飞行器平台120。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述飞行器100还包括车载系统(图中未示出),所述车载系统能够实现所述飞行器100在地面进行公路运输以及发射,进而使得所述飞行器100能够在更广泛的发射地点完成发射。

标准化接口和车载系统将极大提升飞行器生存能力和任务适应能力,对空间技术的发展具有重要意义。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,在所述飞行器100进入所述目标轨道o3后,所述液体推进系统121中剩余的推进剂的量占推进剂总量的50%以上。以飞行器平台120总重为1000kg为例,液体推进系统121可以携带500kg的推进剂,飞行器100从亚轨道o1进入过渡轨道o2时消耗160kg的推进剂,飞行器100从过渡轨道o2进入目标轨道o3时消耗40kg的推进剂,此时液体推进系统121还剩余300kg推进剂,占推进剂总量的60%,由此使得飞行器100能够根据在轨任务需要,利用剩余的300kg推进剂,通过一次或至少一次变轨进入新的运行轨道以满足不同任务需求。

对于上述飞行器100,在本发明的优选实施方式中,所述液体推进系统121采用的推进剂为双组元液体推进剂。其中双组元液体推进剂是指由分别贮存的液体燃料和液体氧化剂两组元组合的推进剂。

本发明实施例还提供了一种使上述的飞行器100入轨的方法,所述方法包括:

s301:通过所述固体发动机110提供飞行动力使所述飞行器100从地面发射场gs飞行进入所述亚轨道o1;

s302:在所述飞行器100飞行进入所述亚轨道o1之后使所述固体发动机110从所述飞行器100脱离;

s303:在所述固体发动110机从所述飞行器100脱离之后,通过所述液体推进系统121提供飞行动力使所述飞行器100从所述亚轨道o1飞行进入所述目标轨道o3。

对于上述方法,在本发明的优选实施方式中,所述方法还包括通过所述液体推进系统121提供飞行动力使所述飞行器100从所述目标轨道o3开始进行至少一次变轨以飞行进入不同的任务轨道。

需要说明的是:本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的?;し段Р⒉痪窒抻诖?,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的?;し段е?。因此,本发明的?;し段вσ运鋈ɡ蟮谋;し段?。

再多了解一些
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