一种运载火箭的模拟发射方法与流程

1.本发明涉及运载火箭领域，具体涉及一种运载火箭的模拟发射方法。


背景技术：

2.低温运载火箭在发射前会执行一系列的动作时序，包括推进剂的加注、发动机的预冷、贮箱的增压等，只有运载火箭在发射前的动作时序确定正常后才进行点火起飞。推进剂加注、发动机预冷及贮箱的增压通常需要通过工程算法及仿真的方式确定具体参数，运载火箭的新型号通常需要采用动力系统试车的方式验证火箭的发射流程。以动力系统试车方式验证火箭发射流程的不利之处在于，动力系统试车需要配置整套运载火箭相关系统，包含发动机、贮箱、控制测量设备等，不仅试验周期长，投入较大，并且试验本身也受制于试验场地及试验系统能力。
3.鉴于此，亟需设计一种不受试验场地限制且简单可靠的运载火箭的模拟发射方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运载火箭的模拟发射方法。
5.本发明提供一种运载火箭的模拟发射方法，包括：试车发动机点火后通过消耗试车贮箱的推进剂分别经氧增压管路及燃料增压管路提供增压气体给试验贮箱，模拟运载火箭飞行时的自生增压，其中所述试验贮箱包括燃料贮箱和氧料贮箱；地面控制系统打开试验主机的第一燃料泄出阀和第一氧料泄出阀进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程的推进剂消耗，其中所述第一燃料泄出阀连接所述燃料贮箱，所述第一氧料泄出阀连接所述氧料贮箱。
6.根据本发明的一个实施例，在打开试验主机的第一燃料泄出阀和第一氧料泄出阀之后还包括：地面控制系统打开试验游机的第二燃料泄出阀和第二氧料泄出阀进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程的推进剂消耗，所述第二燃料泄出阀连接所述燃料贮箱，所述第二氧料泄出阀连接所述氧料贮箱。
7.根据本发明的一个实施例，所述第一燃料泄出阀和所述第二燃料泄出阀并联设置，所述第一氧料泄出阀和所述第二氧料泄出阀并联设置。
8.根据本发明的一个实施例，该方法还包括：在试车发动机点火之前进行所述燃料贮箱和所述氧料贮箱的加注，且加注过程的相关参数与飞行状态一致。
9.根据本发明的一个实施例，该方法还包括：在试车发动机点火之前通过地面控制系统进行发动机燃料和氧料预冷。
10.根据本发明的一个实施例，发动机氧料预冷是通过地面控制系统控制回流管路打开以将氧料经发动机组件回流至氧料贮箱进行预冷。
11.根据本发明的一个实施例，发动机燃料预冷是通过地面控制系统控制排出管路的预冷泄出阀打开以将燃料经发动机组件排出进行预冷。
12.根据本发明的一个实施例，所述第一燃料泄出阀、所述第二燃料泄出阀、所述第一氧料泄出阀和所述第二氧料泄出阀的上游分别设置孔板进行节流。
13.根据本发明的一个实施例，对应所述第一燃料泄出阀和所述第一氧料泄出阀的孔板比对应所述第二燃料泄出阀和所述第二氧料泄出阀的孔板流量大。
14.根据本发明的一个实施例，外排的推进剂采用收集装置进行收集。
15.本发明的运载火箭的模拟发射方法能够有效利用试车发动机的试车过程模拟运载火箭发射的重要节点流程，从而模拟和验证运载火箭的飞行，降低了对使用场地的要求，节约了成本。
16.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
17.下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明发明的原理。
18.图1是本发明一个实施例的运载火箭的模拟发射方法的示意图；
19.图2是本发明一个实施例的运载火箭的模拟发射装置的示意图。
20.附图标记：
21.101-试车发动机，102-试车贮箱，103-氧增压管路，104-燃料增压管路，200-地面控制系统，201-试验主机，202-燃料贮箱，203-氧料贮箱，204-第一燃料泄出阀，205-第一氧料泄出阀，206-试验游机，207-第二燃料泄出阀，208-第二氧料泄出阀，209-回流管路，210-排出管路。
具体实施方式
22.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。
23.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语
用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
26.对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
27.图1是本发明一个实施例的运载火箭的模拟发射方法的示意图；
28.图2是本发明一个实施例的运载火箭的模拟发射装置的示意图。
29.如图1和图2所示，本发明提供一种运载火箭的模拟发射方法，包括：
30.s1：试车发动机101点火后通过消耗试车贮箱102的推进剂分别经氧增压管路103及燃料增压管路104提供增压气体给试验贮箱，模拟运载火箭飞行时的自生增压，其中试验贮箱包括燃料贮箱202和氧料贮箱203；
31.s2：地面控制系统200打开试验主机201的第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程的推进剂消耗，其中第一燃料泄出阀204连接燃料贮箱202，第一氧料泄出阀205连接氧料贮箱203。
32.具体地，本实施例提供一种运载火箭的模拟发射方法，通过地面控制系统200控制箭上发射前动作阀门，模拟运载火箭发射前的增压过程，达到点火条件。将运载火箭的试验贮箱单独设置在试车台，通过试车发动机101点火消耗试车贮箱102的推进剂分别经氧增压管路103及燃料增压管路104提供增压气体给试验贮箱，从而模拟运载火箭飞行时的自生增压。其中试验贮箱包括燃料贮箱202和氧料贮箱203，试车发动机101将增压气体通过氧增压管路103输送到氧料贮箱203，将增压气体通过燃料增压管路104输送到燃料贮箱202。值得一提的是，如果不采用发动机试车的形式提供增压气体，也可采用气瓶增压或者其它增压的方式提供增压气体，这也属于本发明的保护范围。本发明不仅仅可以应用于液氧甲烷运载火箭的增压试验验证，也可应用于其它类型的推进剂运载火箭的增压试验。
33.根据本发明的一个实施例，该方法中的试验系统包括两台发动机，一台用于试车提供增压气体，一台用于火箭点火前的发动机预冷试验。其中，由于运载火箭的试验发动机没有进行点火操作，所以通过地面控制系统200打开试验主机201的第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程的推进剂消耗，其中第一燃料泄出阀204连接燃料贮箱202，第一氧料泄出阀205连接氧料贮箱203。氧料贮箱203和燃料贮箱202的出口通过排放管路连接至氧料贮箱203和燃料贮箱202的外侧进行推进剂出流，从而模拟运载火箭飞行时主发动机的推进剂消耗，以提前验证运载火箭发射的可靠性能。根据运载火箭的发射时序，一级试验主机201点火，接着是一子级飞行过程，本技术实施例的试验可以验证运载火箭一级模拟飞行时的流程是否会出现故障。其中，如果试验主机201有多次起动的过程，本发明也可以在多次起动的情况下验证运载火箭的飞行过程。
34.本实施例的运载火箭模拟发射方法能够按照正常飞行时的时序进行，模拟运载火箭发射的重要节点流程，验证运载火箭的飞行试验。该试验方案简单，发动机的不同工作阶段可以一次试验完成，最大限度模拟真实的飞行工况。此外，本技术的火箭模拟试验方法，
可以在正常试车的场地完成试验，不用将运载火箭整体组装好运送到专门试验动力系统试车的场地，所以该模拟发射方法对使用场地的要求不高，能够大幅节约试验成本。增压试验搭载发动机试车，无需运载火箭上的控制等系统参加，简化试验系统，减小试验规模。
35.根据本发明的一个实施例，在打开试验主机201的第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205之后还包括：地面控制系统200打开试验游机206的第二燃料泄出阀207和第二氧料泄出阀208进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程的推进剂消耗，第二燃料泄出阀207连接燃料贮箱202，第二氧料泄出阀208连接氧料贮箱203。
36.具体地，在打开试验主机201的第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205之后，即当运载火箭的试验主机201结束发射模拟试验后，地面控制系统200关闭试验主机201对应的第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205，打开试验游机206的第二燃料泄出阀207和第二氧料泄出阀208进行推进剂外排，模拟运载火箭飞行过程试验游机206的推进剂消耗。第二燃料泄出阀207连接燃料贮箱202，第二氧料泄出阀208连接氧料贮箱203，氧料贮箱203和燃料贮箱202的出口通过排放管路排出推进剂，从而模拟运载火箭飞行时试验游机206的推进剂消耗，以提前验证运载火箭发射的可靠性。
37.根据点火时序，打开运载火箭的试验主机201第一氧料泄出阀205和第一燃料泄出阀204进行介质外排，模拟飞行过程中的推进剂消耗。按照飞行时序，一级的试验主机201完成工作后进行二级的试验游机206单独工作，进行二级试验游机206点火以及二级飞行过程。地面控制系统200根据点火时序关闭试验主机201泄出管路，即关闭第一氧料泄出阀205和第一燃料泄出阀204，分别打开试验游机206第二氧料泄出阀208和第二燃料泄出阀207进行试验游机206推进剂介质的排放。根据飞行时序，地面控制系统200关闭试验游机206和所有泄出阀门，模拟飞行时的关机。最后进行试验的后处理，试验结束。
38.根据本发明的一个实施例，第一燃料泄出阀204和第二燃料泄出阀207并联设置，第一氧料泄出阀205和第二氧料泄出阀208并联设置。
39.具体地，氧料贮箱203通过氧料排放管路将氧料排出，第一氧料泄出阀205和第二氧料泄出阀208安装在氧料排放管路上，且第一氧料泄出阀205和第二氧料泄出阀208并联设置。燃料贮箱202通过燃料排放管路将燃料排出，第一燃料泄出阀204和第二燃料泄出阀207安装在燃料排放管路上，且第一燃料泄出阀204和第二燃料泄出阀207并联设置。
40.根据本发明的一个实施例，在试车发动机101点火之前，该方法还包括：进行燃料贮箱202和氧料贮箱203的加注，且加注过程的相关参数与飞行状态一致。
41.具体地，为了验证运载火箭的整个发射流程，在试车发动机101点火之前还需要验证燃料贮箱202和氧料贮箱203的加注过程，两个贮箱的加注过程参数需要与运载火箭飞行时一致，模拟运载火箭发射的加注流程。通过对加注流程和自增压流程等流程进行试验验证，可以检查运载火箭加注及自增压过程可能出现的故障，以预防运载火箭在真实飞行环境下可能发生的故障。
42.根据本发明的一个实施例，该方法还包括：在试车发动机101点火之前通过地面控制系统200进行发动机燃料和氧料预冷。
43.根据本发明的一个实施例，发动机氧料预冷是通过地面控制系统200控制回流管路209打开以将氧料经发动机组件(例如，发动机泵)之后回流至氧料贮箱203进行发动机及管路的预冷。
44.根据本发明的一个实施例，发动机燃料预冷是通过地面控制系统200控制排出管路210的预冷泄出阀打开以将燃料经发动机组件后排出进行发动机及管路的预冷。
45.具体地，为了验证运载火箭的整个发射流程，在试车发动机101点火之前还需要验证发动机燃料和氧料的预冷过程。其中发动机氧料预冷需设置一个回流管路209将氧料从发动机回流至氧料贮箱203，在回流管路209上安装一个控制阀门，地面控制系统200打开控制阀门，氧料经发动机组件回流至氧料贮箱203，从而实现发动机氧料预冷。其中发动机燃料预冷需设置一个排出管路210将燃料从发动机排出，在排出管路210上安装一个预冷泄出阀门，地面控制系统200打开预冷泄出阀门即将燃料排出从而实现发动机燃料预冷。
46.预冷试验完成后再根据运载火箭的发射流程，进行氧料贮箱203和燃料贮箱202的射前自增压流程，检查运载火箭可能出现的故障，便于提前预防其在真正飞行过程中发生故障。
47.根据本发明的一个实施例，第一燃料泄出阀204、第二燃料泄出阀207、第一氧料泄出阀205和第二氧料泄出阀208的上游分别设置孔板进行节流。
48.根据本发明的一个实施例，对应第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205的孔板的孔径比对应第二燃料泄出阀207和第二氧料泄出阀208的孔板的孔径大。
49.具体地，为了控制氧料和燃料的排出速度，在第一燃料泄出阀204、第二燃料泄出阀207、第一氧料泄出阀205和第二氧料泄出阀208的上游分别设置孔板进行节流，使用孔板节流的方式模拟推进剂的出流流量，试验方式简单。由于试验主机201比试验游机206的真空推力大，所以试验主机201消耗推进剂的速度比试验游机206消耗推进剂的速度快，因此试验主机201对应第一燃料泄出阀204和第一氧料泄出阀205的孔板的孔径比试验游机206对应第二燃料泄出阀207和第二氧料泄出阀208的孔板的孔径大，确保试验主机的推进剂消耗速度大于试验游机的推进剂消耗速度。该方式能够根据试验主机201和试验游机206的真空推力大小设置推进剂的排出速度，更加准确的模拟运载火箭发射过程中推进剂的消耗。
50.在一个实施例中，可以不采用孔板节流的方式调节推进剂的流量，而是采用类似调节阀门开度的其它方式进行节流，实现推进剂的流速控制。
51.根据本发明的一个实施例，外排的推进剂采用收集装置进行收集。为了避免浪费推进剂，外排的推进剂可以通过收集装置进行回收，回收时不影响推进剂的流速以及推进剂的氧化，需要做好防护措施。
52.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。