内置轨道的模拟平流层低风阻管道 |
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| 申请号 | CN201710155000.2 | 申请日 | 2017-03-06 | 公开(公告)号 | CN107054680A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 秦赵修; | 发明人 | 秦赵修; | ||||
| 摘要 | 内置轨道的模拟 平流层 低 风 阻管道由路基、轨道、固定框、风管、空气加热装置、左侧平衡轨道、右侧平衡轨道等组成，其特征在于：路基沿地形铺设，轨道铺设在路基上，分为下滑增速段、 水 平 加速 段、上升加速段、模拟平流层段和 制动 段，下滑增速段和平行加速段铺设在低海拔的平坦地面，上升加速段沿山体缓坡向上延伸至山顶，模拟平流层段和制动段沿山脊延伸。固定框两下端横跨轨道固定在路基上，固定框两侧立面沿框等距设置风管 接口 ，风管连接在两相邻固定框的风管接口上，所有的固定框和风管均依次连接，形成笼状结构的管道， 覆盖 在轨道的上升加速段末段和模拟平流层段上，管道内置空气加热装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.内置轨道的模拟平流层低风阻管道由轨道(4)、固定框(7)、风管(10)、鼓风机(3)、左侧支撑轨道(6)、右侧支撑轨道(12)和加热装置等组成的管道连续构筑而成，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 内置轨道的模拟平流层低风阻管道技术领域背景技术[0002] 单级入轨或全回收重复使用的航天器是航天科技人员的近百年来的梦想。英国宇航公司与罗尔斯.罗伊斯公司于20世纪80年代提出了一种HOTOL航天运输系统设计，后因为多种原因而停止。但其研究结论表明：水平起飞的航天器，当其初始速度较高时可以大幅度降低燃料消耗，同时节约结构重量。当运载车辆速度达到0.2马赫时可节省8.8％的燃料，0.4马赫时可节省16.7％燃料，速度更高时还可以进一步节省燃料。现有技术可用于提供这种能力的运载装置主要是重型运输机和轨道运输系统。运输机可以达到10000米以上的空气稀薄区域，但运输质量小，技术复杂，风险系数较大；目前已知的轨道运输系统运行速度都比较低，这是由于低海拔地区空气密度大，运输装置很难在这类的地区实现高速运行，所以目前只有实验性商用轨道运输系统的最大速度能达到0.5马赫左右。有些概念性的单人火箭滑车通常能达到1马赫以上，但载荷极低，无法实用。 发明内容[0003] 本发明的设计目的在于提供这样一种装置——内置轨道的模拟平流层低风阻管道。即一种由低海拔地区向6500米以上山峰峰顶铺设的磁悬浮轨道或普通轮轨轨道，通过物理加温和热风幕屏蔽的方式，将沿轨道高速段周边小环境模拟成平流层的空气密度，从而降低的风阻，使运载火箭或其他航天器的轨道滑车最终可以达到1.5马赫以上的速度，为运载火箭或其他航天器提供较高初始速度和起飞高度，节省大量燃料和结构重量，甚至可以直接达到空天飞行器的超燃冲压发动机的启动速度，达到航天器单级入轨或全回收、重复多次使用的目的。 [0004] 内置轨道的模拟平流层低风阻管道由路基、轨道、固定框、风管、空气加热装置、左侧平衡轨道、右侧平衡轨道等组成，其特征在于： [0005] 路基沿地形铺设，轨道铺设在路基上，分为下滑增速段、水平加速段、上升加速段、模拟平流层段和制动段，下滑增速段和平行加速段铺设在在低海拔的平坦地面，上升加速段沿山体缓坡向上延伸至山顶，模拟平流层段和制动段沿山脊延伸。固定框横跨轨道排列。固定框两侧立面沿框等距设置风管接口，风管连接在两相邻固定框的风管接口上，所有的固定框和风管均依次连接，形成笼状结构的管道，覆盖在轨道的上升加速段末段和模拟平流层段上，管道内置与全管道等长的空气加热装置。固定框两端分别垂直固定在轨道两侧，框所在的平面垂直于地平面。 [0006] 风管的外侧设置有鼓风机，其风道与风管内风道相连通。 [0007] 当鼓风机安装在固定框上时，固定框中空，内有通风管与鼓风机出风口相连通。 [0008] 所有风管内均设置有风道，风道内均有加热装置，所有风管和其他风管相邻的侧面设置均设有条状出气口，相邻两风管由鼓风机吹出的热气流交汇形成风幕。 [0009] 固定框和风管的外部覆盖有耐烧蚀涂层。 [0010] 第一固定框和最后的固定框内侧均设置有热风幕机或热风帘，用于封闭热气流出口。 [0012] 左侧支撑轨道和右侧支撑轨道分别固定在轨道的两侧，且长度与轨道加速段等长。 [0013] 有固定框的路段，左侧平衡轨道固定在固定框左内侧中部，右侧平衡轨道固定在固定框右内侧中部；无固定框的路段，左侧平衡轨道和右侧平衡轨道由分别由支架支撑。 [0016] 图1是内置轨道的模拟平流层低风阻管道总体结构示意图； [0017] 图2是内置轨道的模拟平流层低风阻管道分段示意图； [0018] 图3是内置轨道的模拟平流层低风阻管道风管结构示意图。 [0019] 图1中，1是路基，2是平台，3是鼓风机，4是左轨道，5是风道，6是左侧平衡轨道，7是固定框，8是管内空气加热装置，9是鼓风机，10是风管，11是风幕出风口，12是右侧平衡轨道，13是右轨道，23是固定框支架。 [0020] 图2中，14是下滑增速段，15是水平加速段，16是上升加速段，17是模拟平流层段，18是制动段，19是山体，其余同于图1。 [0021] 图3中，11是风幕出风口，20是空气加热装置，21风管壁，22是耐热层，24是风管内隔板，其余同于图1、图2。 具体实施方式[0022] 图1实施方案中，路基(1)沿地形铺设，轨道(4)铺设在路基(1)上，分为下滑增速段(14)、水平加速段(15)、上升加速段(16)、模拟平流层段(17)和制动段(18)，下滑增速段(14)和平行加速段(15)铺设在在低海拔的平坦地面，上升加速段(16)沿山体(19)缓坡向上延伸至山顶，模拟平流层段(17)和制动段(18)沿山脊延伸。固定框(7)两下端横跨轨道(4)固定在路基上。固定框(7)两侧立面沿框等距设置风管接口，风管(10)连接在两相邻固定框(7)的风管接口上，所有的固定框(7)和风管(10)均依次连接，形成笼状结构的管道，覆盖在轨道(4)的上升加速段(16)末段和模拟平流层段(17)上。管道内置空气加热装置。使用时，将模拟平流层管道内空气加热50--200°，由于模拟平流层管道的位置在6500米以上的山峰上，该位置空气本来就非常稀薄，再加热后空气密度进一步降低，通常温度每升高10°密度下降近3％，因此加热后管道内空气密度将和10000米——12000米高空空气密度接近，使轨道滑车受到的空气阻力大幅度下降，可以达到超音速甚至达到2倍、3倍音速，赋予轨道滑车高初速和一定的高度。 [0023] 图2是图1实施方案所表现的是轨道(4)的铺设情况。轨道(4)沿地形从低处向高处铺设，分为下滑增速段(14)、水平加速段(15)、上升加速段(16)、模拟平流层段(17)和制动段(18)。 [0024] 图3是图1实施方案的风管(10)的结构情况。每个风管(10)内风道与相应的鼓风机(9)出气口连通，风管(10)内有空气加热装置。每个风管(10)与其他风管相邻处均有条状风幕出风口(11)，相邻两风管(10)由鼓风机(9)从风幕出风口(11)吹出的热气流交汇形成风幕，隔绝管道内空气与外部空气流通。风管(10)的外壁有耐热涂层。 [0025] 本发明利用物理加温和风幕屏蔽的方式，将沿轨道高速段周边小环境模拟成平流层的空气密度，从而大幅度降低的风阻，为以大推力喷气发动机或火箭为动力的轨道滑车提供更好的加速条件，赋予其运载的火箭或其他航天器较高初始速度和起飞高度，从而节省大量燃料和结构重量，甚至可以直接达到空天飞行器的超燃冲压发动机的启动速度，达到航天器全回收或重复使用的目的。以现有的工程能力和航天技术技术完全能够实现。 |
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