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火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法

阅读：154发布：2020-05-13

专利汇可以提供火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，涉及航空航天技术领域。该火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，包括气瓶、气路截止阀、氧化剂贮箱、主动力系统和姿控动力系统；所述气瓶与所述氧化剂贮箱通过所述气路截止阀连通；所述主动力系统和所述姿控动力系统分别与所述氧化剂贮箱连通；所述主动力系统包括固体燃料。该火箭三级固液主动力与姿控一体化方法适用于火箭三级固液主动力与姿控一体化系统。本发明的目的在于提供一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的采用固体火箭发动机作为主动力发动机和采用液体火箭发动机作为姿控发动机而增加动力系统的总体复杂度和结构质量的技术问题。，下面是火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，包括气瓶、气路截止阀、氧化剂贮箱、主动力系统和姿控动力系统；
所述气瓶与所述氧化剂贮箱通过所述气路截止阀连通；
所述主动力系统和所述姿控动力系统分别与所述氧化剂贮箱连通；
所述主动力系统包括固体燃料。
2.根据权利要求1所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，还包括电动泵系统；
所述氧化剂贮箱包括主动力系统氧化剂贮箱和姿控系统氧化剂贮箱；
所述气路截止阀、所述主动力系统氧化剂贮箱和所述电动泵系统依次连通；
所述主动力系统氧化剂贮箱通过所述电动泵系统分别连通所述主动力系统和所述姿控动力系统；
所述姿控系统氧化剂贮箱设置在所述电动泵系统与所述姿控动力系统之间。
3.根据权利要求2所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，所述主动力系统还包括主动力燃烧室、主推力室催化床和主动力燃烧室喷管；
所述主动力燃烧室内设置有所述固体燃料；所述主推力室催化床与所述主动力燃烧室喷管通过所述主动力燃烧室连接；
所述主动力燃烧室通过所述主推力室催化床连接所述电动泵系统。
4.根据权利要求2所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，所述姿控动力系统包括依次连接的姿控系统文氏管、姿控系统催化床和姿控系统推力室；
所述姿控系统氧化剂贮箱与所述姿控系统催化床通过所述姿控系统文氏管连接。
5.根据权利要求4所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，所述姿控动力系统包括姿控系统调节阀；所述姿控系统调节阀连接所述姿控系统氧化剂贮箱和所述姿控系统文氏管；
所述姿控动力系统包括多组姿控组件；每组所述姿控组件包括所述姿控系统调节阀、所述姿控系统文氏管、所述姿控系统催化床和所述姿控系统推力室。
6.根据权利要求2所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，所述电动泵系统与所述姿控系统氧化剂贮箱之间连接有用于控制管路通断的姿控系统补给阀；
所述电动泵系统与所述主动力系统之间连接有用于控制管路通断的主动力系统调节阀；
所述姿控系统补给阀和所述主动力系统调节阀分别通过流量调节阀连接所述电动泵系统；
所述主动力系统氧化剂贮箱与所述电动泵系统之间连接有用于控制管路通断的截止阀。
7.根据权利要求6所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，包括控制系统；
所述截止阀、所述流量调节阀、所述姿控系统补给阀、所述主动力系统调节阀和所述电动泵系统分别与所述控制系统电连接。
8.根据权利要求2所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其特征在于，所述气路截止阀与所述主动力系统氧化剂贮箱之间设置有减压器；
所述减压器与所述主动力系统氧化剂贮箱之间的管路设置有气路压力传感器；
所述主动力系统氧化剂贮箱上设置有安全泄压阀；
所述姿控系统氧化剂贮箱与所述姿控动力系统之间的管路设置有姿控系统贮箱压力传感器；
所述电动泵系统包括电动泵泵体、电源和电机；所述电机与所述电源电连接；所述电机驱动连接所述电动泵泵体；所述主动力系统氧化剂贮箱通过所述电动泵泵体分别连通所述主动力系统和所述姿控动力系统。
9.一种火箭三级固液主动力与姿控一体化方法，其特征在于，适用于如权利要求2-8任一项所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统；
主动力系统氧化剂贮箱和姿控系统氧化剂贮箱均贮存有氧化剂；
主动力系统启动：气路截止阀打开，气瓶中的压力气体进入主动力系统氧化剂贮箱，给主动力系统氧化剂贮箱增压，以使主动力系统氧化剂贮箱中贮存的氧化剂受到压力挤压；
连通主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路；控制电动泵系统工作以使氧化剂压力升高，并以设定的压力进入主动力系统；
姿控动力系统进行姿态控制：所述姿控动力系统包括依次连接的姿控系统调节阀、姿控系统文氏管、姿控系统催化床和姿控系统推力室；当火箭进行姿态控制时，控制指定的姿控系统调节阀打开，姿控系统氧化剂贮箱中的氧化剂流经打开的姿控系统调节阀，再经姿控系统文氏管调节流量后，进入姿控系统催化床催化分解产生气体，从姿控系统推力室中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节；调节完毕后，相应的姿控系统调节阀关闭；
主动力系统推力调节：当主动力系统进行推力调节时，调整电动泵系统与主动力系统之间管路的流量；
主动力系统关闭：当主动力系统关闭时，断开主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路，控制电动泵系统停止工作，并断开电动泵系统与主动力系统之间的管路；
再次启动主动力系统：当再次启动主动力系统时，连通主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路，以及连通电动泵系统与主动力系统之间的管路；控制电动泵系统工作以使氧化剂压力升高，并以设定的压力进入主动力系统；
当主动力系统多次启停时，重复“主动力系统关闭”步骤和“再次启动主动力系统”步骤，以实现主动力系统多次启停。
10.根据权利要求9所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化方法，其特征在于，控制指定的姿控系统调节阀打开时，监测姿控系统氧化剂贮箱的出口压力；
当姿控系统氧化剂贮箱的出口压力低于指定值时，连通电动泵系统与姿控系统氧化剂贮箱之间的管路；经电动泵系统增压后的氧化剂进入姿控系统氧化剂贮箱，以对姿控动力系统中的氧化剂贮量进行补充；
当姿控系统氧化剂贮箱的出口压力恢复到指定值时，断开电动泵系统与姿控系统氧化剂贮箱之间的管路。

说明书全文

火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法。

背景技术

[0002] 航空航天领域的发展程度是衡量一个国家空间探索能力和判定综合国力是否强大的重要标准之一。火箭发动机是火箭的心脏，火箭发动机的设计水平决定了一个国家的航天科技水平。

[0003] 火箭的三级主发动机主要在二级火箭关机的基础上进行工作，使所携带的有效载荷达到指定速度要求。现有火箭通常在主动力系统之外，额外设置姿控发动机组以实现火箭在飞行过程中的姿态调整控制；也即，姿控发动机的作用是根据火箭的飞行指令进行火箭姿态调整，使火箭和载荷的姿态满足要求。姿控发动机组要求具备多次启停、脉冲工作和推力调节的能力，固体火箭发动机无法胜任，因此目前主流采用液体火箭发动机作为姿控发动机。

[0004] 现有火箭三级发动机主要采用固体火箭发动机作为主动力发动机，采用液体火箭发动机作为姿控发动机；由于二者的推进剂组合并不相同，需要给姿控发动机提供一套额外的氧化剂输送系统和燃料输送系统，增加了动力系统的总体复杂度和结构质量。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的采用固体火箭发动机作为主动力发动机和采用液体火箭发动机作为姿控发动机而增加动力系统的总体复杂度和结构质量的技术问题。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

[0007] 一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，包括气瓶、气路截止阀、氧化剂贮箱、主动力系统和姿控动力系统；

[0008] 所述气瓶与所述氧化剂贮箱通过所述气路截止阀连通；

[0009] 所述主动力系统和所述姿控动力系统分别与所述氧化剂贮箱连通；

[0010] 所述主动力系统包括固体燃料。

[0011] 在上述任一技术方案中，可选地，所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统还包括电动泵系统；

[0012] 所述氧化剂贮箱包括主动力系统氧化剂贮箱和姿控系统氧化剂贮箱；

[0013] 所述气路截止阀、所述主动力系统氧化剂贮箱和所述电动泵系统依次连通；

[0014] 所述主动力系统氧化剂贮箱通过所述电动泵系统分别连通所述主动力系统和所述姿控动力系统；

[0015] 所述姿控系统氧化剂贮箱设置在所述电动泵系统与所述姿控动力系统之间。

[0016] 在上述任一技术方案中，可选地，所述主动力系统还包括主动力燃烧室、主推力室催化床和主动力燃烧室喷管；

[0017] 所述主动力燃烧室内设置有所述固体燃料；所述主推力室催化床与所述主动力燃烧室喷管通过所述主动力燃烧室连接；

[0018] 所述主动力燃烧室通过所述主推力室催化床连接所述电动泵系统。

[0019] 在上述任一技术方案中，可选地，所述姿控动力系统包括依次连接的姿控系统文氏管、姿控系统催化床和姿控系统推力室；

[0020] 所述姿控系统氧化剂贮箱与所述姿控系统催化床通过所述姿控系统文氏管连接。

[0021] 在上述任一技术方案中，可选地，所述姿控动力系统包括姿控系统调节阀；所述姿控系统调节阀连接所述姿控系统氧化剂贮箱和所述姿控系统文氏管；

[0022] 所述姿控动力系统包括多组姿控组件；每组所述姿控组件包括所述姿控系统调节阀、所述姿控系统文氏管、所述姿控系统催化床和所述姿控系统推力室。

[0023] 在上述任一技术方案中，可选地，所述电动泵系统与所述姿控系统氧化剂贮箱之间连接有用于控制管路通断的姿控系统补给阀；

[0024] 所述电动泵系统与所述主动力系统之间连接有用于控制管路通断的主动力系统调节阀；

[0025] 所述姿控系统补给阀和所述主动力系统调节阀分别通过流量调节阀连接所述电动泵系统；

[0026] 所述主动力系统氧化剂贮箱与所述电动泵系统之间连接有用于控制管路通断的截止阀。

[0027] 在上述任一技术方案中，可选地，所述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统包括控制系统；

[0028] 所述截止阀、所述流量调节阀、所述姿控系统补给阀、所述主动力系统调节阀和所述电动泵系统分别与所述控制系统电连接。

[0029] 在上述任一技术方案中，可选地，所述气路截止阀与所述主动力系统氧化剂贮箱之间设置有减压器；

[0030] 所述减压器与所述主动力系统氧化剂贮箱之间的管路设置有气路压力传感器；

[0031] 所述主动力系统氧化剂贮箱上设置有安全泄压阀；

[0032] 所述姿控系统氧化剂贮箱与所述姿控动力系统之间的管路设置有姿控系统贮箱压力传感器；

[0033] 所述电动泵系统包括电动泵泵体、电源和电机；所述电机与所述电源电连接；所述电机驱动连接所述电动泵泵体；所述主动力系统氧化剂贮箱通过所述电动泵泵体分别连通所述主动力系统和所述姿控动力系统。

[0034] 一种火箭三级固液主动力与姿控一体化方法适用于火箭三级固液主动力与姿控一体化系统；

[0035] 主动力系统氧化剂贮箱和姿控系统氧化剂贮箱均贮存有氧化剂；

[0036] 主动力系统启动：气路截止阀打开，气瓶中的压力气体进入主动力系统氧化剂贮箱，给主动力系统氧化剂贮箱增压，以使主动力系统氧化剂贮箱中贮存的氧化剂受到压力挤压；连通主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路；控制电动泵系统工作以使氧化剂压力升高，并以设定的压力进入主动力系统；

[0037] 姿控动力系统进行姿态控制：所述姿控动力系统包括依次连接的姿控系统调节阀、姿控系统文氏管、姿控系统催化床和姿控系统推力室；当火箭进行姿态控制时，控制指定的姿控系统调节阀打开，姿控系统氧化剂贮箱中的氧化剂流经打开的姿控系统调节阀，再经姿控系统文氏管调节流量后，进入姿控系统催化床催化分解产生气体，从姿控系统推力室中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节；调节完毕后，相应的姿控系统调节阀关闭；

[0038] 主动力系统推力调节：当主动力系统进行推力调节时，调整电动泵系统与主动力系统之间管路的流量；

[0039] 主动力系统关闭：当主动力系统关闭时，断开主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路，控制电动泵系统停止工作，并断开电动泵系统与主动力系统之间的管路；

[0040] 再次启动主动力系统：当再次启动主动力系统时，连通主动力系统氧化剂贮箱与电动泵系统之间的管路，以及连通电动泵系统与主动力系统之间的管路；控制电动泵系统工作以使氧化剂压力升高，并以设定的压力进入主动力系统；

[0041] 当主动力系统多次启停时，重复“主动力系统关闭”步骤和“再次启动主动力系统”步骤，以实现主动力系统多次启停。

[0042] 在上述任一技术方案中，可选地，控制指定的姿控系统调节阀打开时，监测姿控系统氧化剂贮箱的出口压力；

[0043] 当姿控系统氧化剂贮箱的出口压力低于指定值时，连通电动泵系统与姿控系统氧化剂贮箱之间的管路；经电动泵系统增压后的氧化剂进入姿控系统氧化剂贮箱，以对姿控动力系统中的氧化剂贮量进行补充；

[0044] 当姿控系统氧化剂贮箱的出口压力恢复到指定值时，断开电动泵系统与姿控系统氧化剂贮箱之间的管路。

[0045] 本发明的有益效果主要在于：

[0046] 本发明提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，包括气瓶、气路截止阀、氧化剂贮箱、姿控动力系统和具有固体燃料的主动力系统，其氧化剂贮箱存储液态的氧化剂，通过主动力系统和姿控动力系统分别与氧化剂贮箱连通，以能够实现主动力系统和姿控动力系统采用相同的氧化剂达到一体化标准，可以减少一路供应系统，以使姿控动力系统采用液体火箭发动机作为姿控发动机，主动力系统使用固液混合式火箭发动机作为姿控发动机，在一定程度上简化了动力系统的总体复杂度，降低了动力系统的结构质量。附图说明

[0047] 为了更清楚地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。

[0048] 图1为本发明实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的流程示意图；

[0049] 图2为本发明实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的流程示意图(没有控制系统)；

[0050] 图3为本发明实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的主动力系统的示意图；

[0051] 图4为本发明实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的姿控动力系统的示意图。

[0052] 图标：100-氧化剂贮箱；200-主动力系统；300-姿控动力系统；400-电动泵系统；

[0053] 1-气瓶；2-减压器；3-气路截止阀；4-主动力系统氧化剂贮箱；5-截止阀；6-电动泵泵体；7-电源；8-电机；9-控制系统；10-流量调节阀；11-姿控系统补给阀；12-姿控系统氧化剂贮箱；13-主动力系统调节阀；14-主推力室催化床；15-姿控系统文氏管；16-姿控系统催化床；17-主动力燃烧室喷管；18-固体燃料；19-姿控系统推力室；20-主动力燃烧室；21-气路压力传感器；22-姿控系统贮箱压力传感器；23-安全泄压阀；24-姿控系统调节阀。

具体实施方式

[0054] 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。

[0055] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

[0056] 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。

[0057] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0058] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，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。

[0059] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0060] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0061] 实施例

[0062] 请参照图1-图4，本实施例提供一种火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，图1为本实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的流程示意图，其中，图中的虚线用于显示电连接；图2为本实施例提供的没有显示控制系统的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的流程示意图；为了更加清楚的显示结构，图3为主动力系统的示意图，图4为姿控动力系统的示意图。

[0063] 本实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，用于火箭的主动力系统和姿控动力系统，尤其用于火箭的三级主动力系统和姿控动力系统。

[0064] 参见图1-图4所示，该火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，包括气瓶1、气路截止阀3、氧化剂贮箱100、主动力系统200和姿控动力系统300。

[0065] 气瓶1与氧化剂贮箱100通过气路截止阀3连通。通过气路截止阀3，以控制气瓶1与氧化剂贮箱100之间管路的通断。当主动力系统200启动工作时，气路截止阀3打开，气瓶1中的压力气体进入氧化剂贮箱100。

[0066] 主动力系统200和姿控动力系统300分别与氧化剂贮箱100连通。氧化剂贮箱100用于存放液态的氧化剂。通过氧化剂贮箱100，以给主动力系统200和姿控动力系统300提供氧化剂。

[0067] 主动力系统200包括固体燃料18。

[0068] 可选地，气路截止阀3与氧化剂贮箱100之间设置有减压器2；通过减压器2，以在气路截止阀3打开时，气瓶1中的压力气体经减压器2进入氧化剂贮箱100。

[0069] 本实施例中所述火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，包括气瓶1、气路截止阀3、氧化剂贮箱100、姿控动力系统300和具有固体燃料18的主动力系统200，其氧化剂贮箱
100存储液态的氧化剂，通过主动力系统200和姿控动力系统300分别与氧化剂贮箱100连通，以能够实现主动力系统200和姿控动力系统300采用相同的氧化剂达到一体化标准，可以减少一路供应系统，以使姿控动力系统300采用液体火箭发动机作为姿控发动机，主动力系统200使用固液混合式火箭发动机作为姿控发动机，例如采用单组元液体火箭发动机作为姿控发动机，在一定程度上简化了动力系统的总体复杂度，降低了动力系统的结构质量。

[0070] 需要说明的是，固液混合式发动机是燃烧剂为固体，氧化剂为液体。

[0071] 相比于传统的固体发动机和液体发动机，固液火箭发动机(HRM)具有推力可调节、易关机和重启、安全可靠、环保、药柱稳定性高等优点，具有较好的经济性，在小型运载火箭、探空火箭、亚轨道飞行器、载人飞船等领域有广阔的应用前景。

[0072] 目前，已有的火箭大多采用固体火箭三级+液体姿控的布局形式，但其动力系统的总体结构比较复杂，总体质量也较重；还有火箭采用液体三级+液体姿控的一体化布局形式，但较为少见，其动力系统的总体结构比较复杂。本实施例的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，其固液混合火箭发动机具备推力调节和多次启停的能力，采用与主动力系统200推进剂一致的姿控动力系统300，实现主动力与姿控动力一体化，可以简化动力系统总体结构，提高动力系统的集成度与可靠度，降低动力系统的总体质量。

[0073] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，火箭三级固液主动力与姿控一体化系统包括电动泵系统400。

[0074] 氧化剂贮箱100包括主动力系统氧化剂贮箱4和姿控系统氧化剂贮箱12；采用姿控系统氧化剂贮箱12存储管理姿控动力系统300所需氧化剂，并且可随工作过程消耗从主动力系统氧化剂贮箱4中补充。

[0075] 气路截止阀3与电动泵系统400之间设置有主动力系统氧化剂贮箱4；即，气路截止阀3、主动力系统氧化剂贮箱4和电动泵系统400依次连通。

[0076] 主动力系统氧化剂贮箱4通过电动泵系统400分别连通主动力系统200和姿控动力系统300。

[0077] 姿控系统氧化剂贮箱12设置在电动泵系统400与姿控动力系统300之间。通过姿控系统氧化剂贮箱12随着姿控动力系统300工作，主动力系统氧化剂贮箱4对姿控动力系统300进行补充，以达到节省空间的作用；采用电动泵系统400对氧化剂进行增压，可以精确控制氧化剂流量，进而达到推力精准调节与多次开关机的作用。

[0078] 现有技术中在火箭输送系统方面，大型火箭上较多采取涡轮泵式输送系统，中小型火箭上主要采取挤压式输送系统。本实施例的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，通过采用电动泵系统400的电动泵式增压系统将氧化剂加压泵入燃烧室，相比于挤压式输送系统可以有效降低系统的消极结构质量，且降低了气瓶1的压力，工作过程更加安全可靠；相比于涡轮泵式增压系统，解决了中小型火箭由于发动机氧化剂流量小，无法驱动涡轮工作的问题，与此同时，采用电动泵系统400可以进行流量精确调节，从而实现发动机推力的连续精确可调，性能提升明显。

[0079] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，气路截止阀3与主动力系统氧化剂贮箱4之间设置有减压器2。以在气路截止阀3打开时，气瓶1中的压力气体经减压器2进入主动力系统氧化剂贮箱4。

[0080] 参见图1-图3所示，本实施例的可选方案中，主动力系统200包括主动力燃烧室20、主推力室催化床14、主动力燃烧室喷管17和固体燃料18；可选地，固体燃料18为固体燃料药柱。

[0081] 主动力燃烧室20内设置有固体燃料18；主推力室催化床14与主动力燃烧室喷管17通过主动力燃烧室20连接。固体燃料18具有内部空腔，内部空腔为推进剂间的燃烧反应区域。

[0082] 主动力燃烧室20通过主推力室催化床14连接电动泵系统400；以使电动泵系统400将主动力系统氧化剂贮箱4内的氧化剂提供给主推力室催化床14，带压力的氧化剂经过主推力室催化床14催化分解后进入主动力燃烧室20，与固体燃料18接触燃烧产生高温气体，经主动力燃烧室喷管17喷出产生推力。

[0083] 参见图1、图2和图4所示，本实施例的可选方案中，姿控动力系统300包括依次连接的姿控系统文氏管15、姿控系统催化床16和姿控系统推力室19。

[0084] 姿控系统氧化剂贮箱12与姿控系统催化床16通过姿控系统文氏管15连接。姿控系统氧化剂贮箱12内的氧化剂经姿控系统文氏管15调节流量后，进入姿控系统催化床16催化分解产生气体，从姿控系统推力室19中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节。

[0085] 参见图1、图2和图4所示，本实施例的可选方案中，姿控动力系统300包括姿控系统调节阀24；姿控系统调节阀24连接姿控系统氧化剂贮箱12和姿控系统文氏管15；当火箭需要进行姿态控制时，控制指定的姿控系统调节阀24打开，以使姿控系统氧化剂贮箱12中的氧化剂经姿控系统文氏管15调节流量后，进入姿控系统催化床16催化分解产生气体，从姿控系统推力室19中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节。

[0086] 参见图1、图2和图4所示，本实施例的可选方案中，姿控动力系统300包括多组姿控组件；每组姿控组件包括姿控系统调节阀24、姿控系统文氏管15、姿控系统催化床16和姿控系统推力室19。通过多组姿控组件，以实现对火箭的不同姿态的调整。

[0087] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12之间连接有用于控制管路通断的姿控系统补给阀11；通过姿控系统补给阀11以控制电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12之间管路的通断。

[0088] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，电动泵系统400与主动力系统200之间连接有用于控制管路通断的主动力系统调节阀13；通过主动力系统调节阀13以控制电动泵系统400与主动力系统200之间管路的通断。

[0089] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，姿控系统补给阀11和主动力系统调节阀13分别通过流量调节阀10连接电动泵系统400；通过流量调节阀10，以调节电动泵系统400供给主动力系统200或姿控系统氧化剂贮箱12的氧化剂的流量，也即通过流量调节阀10以调节电动泵系统400供给主动力系统200或姿控动力系统300的氧化剂的流量。

[0090] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间连接有用于控制管路通断的截止阀5。通过截止阀5以控制主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间管路的通断。

[0091] 参见图1和图2所示，可选地，电动泵系统400包括电动泵泵体6、电源7和电机8；电机8与电源7电连接，以通过电源7给电机8提供电能。

[0092] 电机8驱动连接电动泵泵体6；主动力系统氧化剂贮箱4通过电动泵泵体6分别连通主动力系统200和姿控动力系统300。具体而言，截止阀5、电动泵泵体6、流量调节阀10依次连通。

[0093] 参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，火箭三级固液主动力与姿控一体化系统包括控制系统9。

[0094] 截止阀5、流量调节阀10、姿控系统补给阀11、主动力系统调节阀13和电动泵系统400分别与控制系统9电连接。通过控制系统9控制火箭三级固液主动力与姿控一体化系统中的各个阀门部件，使各阀门开关达到智能随控的效果。

[0095] 可选地，电机8与控制系统9电连接；以使控制系统9控制电机8，进而控制主动力系统氧化剂贮箱4供给氧化剂的流量。

[0096] 可选地，姿控系统调节阀24与控制系统9电连接。当火箭需要进行姿态控制时，姿控动力系统300启动工作。根据需要，控制系统9给出信号，使姿控系统调节阀24中指定阀体打开，例如打开一个或者多个姿控系统调节阀24，姿控系统氧化剂贮箱12中的氧化剂经姿控系统文氏管15调节流量，之后进入姿控系统催化床16催化分解产生气体，从姿控系统推力室19中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节。调节完毕后，控制系统9控制姿控系统调节阀24关闭。

[0097] 可选地，主动力系统氧化剂贮箱4上设置有安全泄压阀23，以提高火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的安全性能。

[0098] 可选地，减压器2与主动力系统氧化剂贮箱4之间的管路设置有气路压力传感器21；通过气路压力传感器21监测减压器2后的压力。当减压器2后的压力高于正常值时，安全泄压阀23打开，向外排出气体进行泄压，为火箭三级固液主动力与姿控一体化系统安全工作提供保障。

[0099] 可选地，气路压力传感器21与控制系统9电连接，将气路压力传感器21的压力值传输给控制系统9，以通过控制系统9监测减压器2后的压力。

[0100] 可选地，姿控系统氧化剂贮箱12与姿控动力系统300之间的管路设置有姿控系统贮箱压力传感器22；通过姿控系统贮箱压力传感器22监测姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力；当姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力低于指定值时，姿控系统补给阀11打开，经电动泵泵体6增压后的氧化剂通过姿控系统补给阀11进入姿控系统氧化剂贮箱12，对姿控动力系统300中的氧化剂贮量进行补充。姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力恢复到指定值时，姿控系统补给阀11关闭。

[0101] 可选地，姿控系统贮箱压力传感器22与控制系统9电连接；将姿控系统贮箱压力传感器22的压力值传输给控制系统9，以通过控制系统9监测姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力。

[0102] 本实施例还提供一种火箭三级固液主动力与姿控一体化方法，适用于上述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统。

[0103] 参见图1和图2所示，可选地，系统开始工作前，主动力系统氧化剂贮箱4和姿控系统氧化剂贮箱12均贮存有氧化剂；

[0104] 参见图1和图2所示，可选地，当系统启动工作时，主动力系统200启动：气路截止阀3打开，气瓶1中的压力气体进入主动力系统氧化剂贮箱4，给主动力系统氧化剂贮箱4增压，以使主动力系统氧化剂贮箱4中贮存的氧化剂受到压力挤压；连通主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间的管路；控制电动泵系统400工作以使氧化剂压力升高，并以合适的设定压力进入主动力系统200；可选地，气瓶1中的压力气体经减压器2进入主动力系统氧化剂贮箱4。可选地，主动力系统氧化剂贮箱4中贮存的氧化剂受到压力挤压后，打开截止阀5以使氧化剂流入电动泵泵体6进行充填，同时，控制系统9给出启动信号，电机8启动工作并带动电动泵泵体6工作，以使氧化剂压力升高，以合适的压力进入下游管路，即以合适的压力进入主动力系统200，主动力系统调节阀13打开，带压力的氧化剂经过主推力室催化床14催化分解后进入主动力燃烧室20，与固体燃料18接触燃烧产生高温气体，经主动力燃烧室喷管17喷出产生推力。

[0105] 参见图1和图2所示，可选地，姿控动力系统300进行姿态控制：姿控动力系统300包括依次连接的姿控系统调节阀24、姿控系统文氏管15、姿控系统催化床16和姿控系统推力室19；当火箭需要进行姿态控制时，控制指定的姿控系统调节阀24打开，姿控系统氧化剂贮箱12中的氧化剂流经打开的姿控系统调节阀24，再经姿控系统文氏管15调节流量后，进入姿控系统催化床16催化分解产生气体，从姿控系统推力室19中喷出产生推力，对火箭姿态进行调节；调节完毕后，相应的姿控系统调节阀24关闭。当火箭需要进行姿态控制时，姿控系统启动工作；根据需要，控制系统9给出信号，使姿控系统调节阀24中指定阀体打开。

[0106] 参见图1和图2所示，可选地，主动力系统200推力调节：当主动力系统200需要进行推力调节时，调整电动泵系统400与主动力系统200之间管路的流量；具体而言，控制系统9给出信号，电机8的转速改变，同时流量调节阀10作动，进入电动泵泵体6和主动力燃烧室20的氧化剂流量发生变动，从而使推力大小发生变化。

[0107] 参见图1和图2所示，可选地，主动力系统200关闭：当主动力系统200关闭时，断开主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间的管路，控制电动泵系统400停止工作，并断开电动泵系统400与主动力系统200之间的管路。具体而言，截止阀5关闭以断开主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间的管路，氧化剂不再向电动泵泵体6中充填，同时控制系统9给出关机信号，电机8停止工作，主动力系统调节阀13关闭，以断开电动泵系统400与主动力系统200之间的管路，没有氧化剂流入主动力燃烧室20，燃烧终止，推力消失，达到关机效果。

[0108] 参见图1和图2所示，可选地，再次启动主动力系统200：当需要再次启动主动力系统200时，连通主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间的管路，以及连通电动泵系统400与主动力系统200之间的管路；控制电动泵系统400工作以使氧化剂压力升高，并以合适的设定压力进入主动力系统200；具体而言，将截止阀5与主动力系统调节阀13打开，以连通主动力系统氧化剂贮箱4与电动泵系统400之间的管路，以及连通电动泵系统400与主动力系统200之间的管路，同时控制系统9给出开机指令，电机8带动电动泵泵体6工作，将氧化剂再次泵入主动力燃烧室20，以此实现多次启停的能力。

[0109] 参见图1和图2所示，可选地，当需要主动力系统200多次启停时，重复“主动力系统关闭”步骤和“再次启动主动力系统”步骤，以实现主动力系统200多次启停。

[0110] 参见图1和图2所示，可选地，在姿控系统启动工作的同时，也即控制指定的姿控系统调节阀24打开时，监测姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力。

[0111] 当姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力低于指定值时，连通电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12之间的管路；经电动泵系统400增压后的氧化剂进入姿控系统氧化剂贮箱12，以对姿控动力系统300中的氧化剂贮量进行补充；具体而言，经电动泵泵体6增压后的氧化剂通过姿控系统补给阀11进入姿控系统氧化剂贮箱12，对姿控动力系统300中的氧化剂贮量进行补充。

[0112] 当姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力恢复到指定值时，断开电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12之间的管路。具体而言，姿控系统补给阀11关闭以断开电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12之间的管路。

[0113] 可选地，姿控系统氧化剂贮箱12的出口压力通过姿控系统贮箱压力传感器22监测，也即姿控系统贮箱压力传感器22设置在姿控系统氧化剂贮箱12与姿控系统调节阀24之间的管路上；可选地，电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12通过姿控系统补给阀11连通，即打开姿控系统补给阀11以连通电动泵系统400与姿控系统氧化剂贮箱12。

[0114] 本实施例提供的火箭三级固液主动力与姿控一体化方法，适用于上述的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统；上述所公开的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的技术特征也适用于该火箭三级固液主动力与姿控一体化方法，上述所公开的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统的优点也适用于所述火箭三级固液主动力与姿控一体化方法；同理，上述所公开的火箭三级固液主动力与姿控一体化方法的技术特征也适用于该火箭三级固液主动力与姿控一体化系统，上述所公开的火箭三级固液主动力与姿控一体化方法的优点也适用于该火箭三级固液主动力与姿控一体化系统。

[0115] 与目前火箭采用固体三级+液体姿控系统相比较，本实施例的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，采用固液火箭发动机作为主动力系统200，姿控动力系统300与主动力系统200采用相同的氧化剂，可以减少一路供应系统，可有效降低结构质量与系统复杂程度；并且，本实施例的火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法，给姿控动力系统300单独设置姿控系统氧化剂贮箱12，避免了主动力系统200与姿控动力系统300所需氧化剂流量不同导致的压力不一致问题；姿控系统氧化剂贮箱12单独设置，且在工作过程中可随着氧化剂的消耗通过主动力系统氧化剂贮箱4及时补充，可减小姿控系统氧化剂贮箱12的体积，节省系统空间；采用电动泵系统400进行氧化剂增压，可以精确调节氧化剂流量，进而实现推力精确调节的要求，相比挤压式输送系统，无需采用高压气瓶，减小了系统的结构消极质量，工作过程也更加安全；相比涡轮泵式增压系统，减少了体积，同时解决了中小型发动机小流量无法有效驱动涡轮的问题。同时，通过电动泵电机8的启停，也可以实现发动机的多次启停，使火箭的飞行方式具有更多的选择；应用控制系统9连接系统中的各个阀体组件，对阀门进行智能控制，可满足姿控动力系统300甚至全系统智能随控的需求。

[0116] 以上所述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。

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火箭三级固液主动力与姿控一体化系统及其方法

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