CN103105095A - 火箭发射井及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火箭发射井及其构建方法，火箭发射井包括本体、导流部、导流槽和喷水***，本体上设置有容置火箭箭体的发射空间，导流部形成于发射空间的正下方的本体上，导流部与发射空间之间具有排导空间；导流槽设置在本体上，其通过排导空间与发射空间联通；喷水***包括供水管、设置于导流部上的底部喷水装置及向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置，底部喷水装置与径向喷水装置通过各自的传水管路与供水管连接。本发明的火箭发射井能在火箭点火未起飞阶段及后续起飞过程中，保证有效排导燃气喷流同时，实时喷水，利用喷水介质主动降低火箭发射喷流噪声强度，抑制喷流噪声源区域及喷流噪声影响范围。

Description

火箭发射井及其构建方法

技术领域

本发明涉及一种火箭发射井及其构建方法。

背景技术

火箭发射可以采用多种发射技术形式，一种典型的发射技术形式是将火箭在发射前存放于事先安置好的发射井内，利用发射井的贮存条件，提供对火箭较长时间的待机养护条件，而在火箭发射过程中，则利用发射井的天然导向、定位与测控条件，比较准确地确定火箭起飞姿态，必要时利用发射井的隐蔽、起飞防护条件，确保火箭快速安全发射。发射井式发射技术条件由于这些独特的技术优势，在世界大吨位火箭发射技术领域起到了不可替代的作用。也正是这些独特的技术优势，世界各国在大吨位火箭公路机动发射技术领域甚至小型火箭舰载机动发射技术领域占据了很重要的地位，各国均在不断持续改进该类发射技术，并在公路或舰载机动发射技术领域根据发射井变身为发射筒或发射箱的实际情况，将该类技术重形取名为筒式发射技术或箱式发射技术。由于该筒式发射技术或箱式发射技术类技术具有通用的技术形式，为方便叙述本专利统称这类发射技术为发射井(筒/箱)式发射技术，与该技术配套的典型发射设施——发射井、发射筒或发射箱统称为火箭发射井。

采用发射井(筒/箱)式发射技术的火箭，火箭在发射井(筒/箱)内起飞过程中，因发射井(筒/箱)内空间限制，火箭发动机喷流噪声无法快速自动耗散，很多情况下因发射井(筒/箱)内空间狭窄空间导致喷流噪声强度提高，严重影响了火箭测控***声敏元器件性能与火箭结构疲劳特性，更对发射支持***控制设备、发射近场操作人员造成损伤性影响，为此各国均投入很大力量研究发射井(筒/箱)发射喷流噪声问题，目前早先发展了系列发射井(筒/箱)发射喷流隔噪技术，如我国开发的微孔组合峰窝结构隔噪技术。目前发射井(筒/箱)发射喷流隔噪技术取得了实际效果，也存在成本较高、维修复杂、隔噪设备彼此协调性较差等共性技术问题，因此，实有必要对火箭发射井进行改进，以适应发射井(筒/箱)发射技术发展的形势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种火箭发射井，以在火箭点火未起飞阶段及后续起飞过程中，保证有效排导燃气喷流同时，能够实时喷水，利用喷水介质主动降低火箭发射喷流噪声强度，抑制喷流噪声源区域及喷流噪声影响范围，降低喷流烧蚀发射设备强度，综合防护火箭、发射井(筒/箱)测发控设备，改善发射操作人员工作环境。

为了实现上述目的，本发明的火箭发射井，包括本体、导流部、导流槽和喷水***，本体上设置有容置火箭箭体的发射空间，导流部形成于发射空间正下方的本体上，导流部与发射空间之间具有排导空间；导流槽设置在本体上，其通过排导空间与发射空间联通；喷水***包括供水管、设置于导流部上的底部喷水装置及向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置，底部喷水装置与径向喷水装置通过各自的传水管路与供水管连接。

上述的火箭发射井，其中，每一径向喷水装置包括环形均压器及多根第一喷水管，所述环形均压器与所述供水管相连通，所述多根第一喷水管均匀分布在所述环形均压器上且朝所述环形均压器的中心部位延伸。

上述的火箭发射井，其中，所述多个径向喷水装置沿所述供水管的轴向间隔分布。

上述的火箭发射井，其中，所述底部喷水装置包括线形均压器，所述线形均压器与所述供水管相连，所述导流部上沿线形均压器的轴向间隔设置有多排喷水主干水道，每排喷水主干水道连通有多根第二喷水管，每排喷水主干水道上的所述多根第二喷水管之间相互连通，且所有第二喷水管的喷水孔阵列分布于所述导流部上。

上述的火箭发射井，其中，所述导流部具有两弧形导流面，所述两弧形导流面构成人字形，所述线形均压器设置于人字形导流部的顶端。

上述的火箭发射井，其中，所述多排喷水主干水道分成两组对称分布于所述线均压器的两旁。

上述的火箭发射井，其中，所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形。

上述的火箭发射井，其中，所述导流部具有一弧形导流面，所述线均压器设置于所述导流部的顶端。

上述的火箭发射井，其中，所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为U形。

进一步地，本发明提供一种火箭发射井构建方法，包括基于火箭尺寸及总体要求构建具有发射空间的本体步骤；于发射空间正下方的本体上构建导流部步骤，所述导流部与所述发射空间之间具有排导空间；于本体上设置导流槽步骤，所述导流槽通过所述排导空间与所述发射空间联通；设置供水管步骤；于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤，所述径向喷水装置通过自身的传水管路与所述供水管连接；以及于导流部上设置底部喷水装置步骤，所述底部喷水装置与通过自身的传水管路与所述供水管连接。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有两弧形导流面，且所述两弧形导流面构成人字形。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部使所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有一弧形导流面。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部使所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为U形。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，每一径向喷水装置的设置包括：提供一与所述供水管相联通的环形均压器步骤；以及于环形均压器上且朝环形均压器的中心部位延伸多根第一喷水管步骤，所述多根第一喷水管均匀分布在环形均压器上。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，包括沿所述供水管的轴向间隔设置所述多个径向喷水装置的步骤。

上述的火箭发射井构建方法，其中，于导流部上设置底部喷水装置步骤中，包括：设置与所述供水管相联通的线形均压器步骤；于导流部上沿线形均压器的轴向间隔设置有多排喷水主干水道步骤；于导流部上设置与每排喷水主干水道连通的多根第二喷水管步骤，每排喷水主干水道上的所述多根第二喷水管之间相互连通，且所有第二喷水管的喷水孔阵列分布于所述导流部上。

本发明的有益功效在于，在火箭点火未起飞阶段及后续起飞过程中，火箭发射井在有效排导燃气喷流同时，能够实时喷水，利用喷水介质主动降低火箭发射喷流噪声强度，抑制了喷流噪声源区域及喷流噪声影响范围，降低了喷流烧蚀发射设备强度，综合防护了火箭、发射井(筒/箱)测发控设备，改善了发射操作人员工作环境。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的火箭发射井的结构图；

图2为图1中的火箭发射井的横剖放大视图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图1中的I部放大图；

图5为图1中的底部喷水装置的喷水主干道相对线形均压器的布置关系图；

图6为底部喷水装置的第二喷水管的外露喷水孔分布示意图；

图7为图3中的II部放大图；

图8为图1中的径向喷水装置的结构示意图。

其中，附图标记

1-导流槽

2-径向喷水装置

3-发射空间

4-壁

5-火箭箭体

6-本体

7-火箭发动机喷管

8-导流部

9-供水管

10-排导空间

11-第二喷水管

111-喷水孔

12-壁

13-线性均压器

14-喷水主干水道

15-弧形导流面

16-锥体

17-传水管路

18-环形均压器

19-第一喷水管

20-喷出的水

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1至图3，本发明的火箭发射井包括本体6，本体6上设置有容置火箭箭体5的发射空间3，发射空间3的正下方的本体6上形成有导流部8，导流部8与发射空间3之间具有排导空间10，本体6上设置有通过排导空间10与发射空间3联通的导流槽1，导流槽1将本体6分为第一本体61和第二本体62，发射空间3设置在第一本体61上(见图2中的由壁12围成的环形空间)，导流槽1见图1中的第一本体61的外壁与第二本体62的壁4之间的空间。本发明的火箭发射井还包括喷水***以实现实时喷水。以下就对喷水***进行详细介绍。

喷水***包括设置于本体6上的供水管9(具体来说是设置于第一本体61上)、设置于导流部8上的底部喷水装置及向火箭箭体5径向喷流的多个径向喷水装置，其中，底部喷水装置与径向喷水装置通过各自的传水管路与供水管9连接。

参阅图3结合参阅图7和图8，每一径向喷水装置包括环形均压器18及多根第一喷水管19，环形均压器18通过传水管路17与供水管相9连通，多根第一喷水管18均匀分布在环形均压器18上且朝环形均压器18的中心部位延伸，且多个径向喷水装置沿供水管9的轴向间隔分布。

参阅图1并结合参阅4、图5及图6，底部喷水装置包括线形均压器13，线形均压器13与供水管9相连，导流部8上沿线形均压器13的轴向间隔设置有多排喷水主干水道14，每排喷水主干水道14连通有多根第二喷水管11，每排喷水主干水道14上的多根第二喷水管11之间相互连通，且与多排喷水主干水道14相连通的所有第二喷水管的喷水孔111阵列分布于导流部8上。

本发明一实施例中，导流部8具有两个弧形导流面15，该两个弧形导流面构成人字形，从而构成导流部8的本体为锥形，故构成导流部8的本体部分亦叫锥体16。线均压器13设置于人字形导流部的顶端(见图4)，多排喷水主干水道14分成两组对称分布于线均压器13的两旁(见图5)。且采用该结构后，发射空间3、排导空间10及导流槽1三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形，采用该种结构的火箭发射井也可称为“W”型火箭发射井，这样，火箭发动机喷管喷出的燃气流经由该“W”型燃气流通道空间以进行喷水降噪。具体来说，该实施例中的底部喷水装置是基于人字形导流部的，底部喷水装置主要由外露喷水孔的阵列分布的第二喷水管11、喷水主干水道14、线形均压器13、接于线形均压器13上的供水管9组成。阵列分布的第二喷水管11各列向喷水管集中安置于喷水主干水道14上，喷水主干水道14安置于导流部8顶端的线形均压器13，从而在导流部8内构成“百叶窗”形栅格式喷水通道。在火箭点火前，火箭发射井内供水管9上专设控制阀门(图中未示出)打开，向导流部8内设的线形均压器13供水，线形均压器13利用自身的大截面水流通道特点可相对均匀地向各喷水主干水道14供水，连接在各喷水主干水道14的多根第二喷水管11直接向发射空间3内提前喷水预冷导流部8及排导空间10(见图7，其中标号20的件代表第二喷水管11喷出的水)。火箭点火后，高温高速燃气流与预先喷出水流相互，进行动量、能量交换，即可起到喷水降噪作用。

为方便工程研制，导流部8上的阵列第二喷水管11采用等通径、等行间距、等列间距布局方案。阵列第二喷水管11喷水覆盖范围(也即阵列喷水管在导流部的导流面上占据面积)依据火箭燃气流冲击范围确定，火箭燃气流冲击范围采用发射燃气动力学综合预示方法估算。

阵列第二喷水管11具体通径d、数量n由喷水总质量流量与火箭发射燃气流总质量流量下述关系式确定：

Q＝n·ρ·V·A                         (1)

A＝0.25·π·d²                        (2)

Q＝ξ·q                               (3)

上述关系式(1)～(3)式中主要符号意义分别为：

Q为喷水总质量流量，单位：千克/秒；q为火箭发射燃气流总质量流量，单位：千克/秒；ξ为喷水总质量流量与火箭发射燃气流总质量流量的比例关系，同样由发射燃气动力学综合预示确定；ρ为水介质密度，单位：千克/立方米；d为喷水管通径，单位：米；A为各喷水管流道截面积，单位：平方米；π为圆周率；V为水流速度，单位：米/秒，也由发射燃气动力学综合预示估算。

再次参阅图4，为提高喷水降噪效果，各第二喷水管11出水射流方向保持与水平面一定倾角，确保出水射流方向与燃气流推进方向夹角在锐角范围内。

导流部8上的第二喷水管11流量、通径、数量确定情况下，利用流体机械连通性原理及伯努利方程可确定各喷水主干道、线形均压器及供水管通道截面积。

需要说明的是，底部喷水装置在火箭整个发射出筒过程保持持续喷水状态。

在实际使用中，在火箭发射吨位较小情况下，可以简化为“U”型火箭发射井，不同于上一实施例的是，导流部8只具有一弧形导流面，线形均压器13设置于导流部的顶端，即原“人”字形双面导流锥变成单面导流锥，发射空间3、排导空间10及导流槽1三者构成的组合空间的纵向剖面形状为为U形，这样，火箭发动机喷管喷出的燃气流经由该“U”型燃气流通道空间以进行喷水降噪，有关该实施例的详细结构可以参考上一实施例，在此就不对其多做赘述。

对上述结构的火箭发射井进行构建时，包括如下步骤：

S100，基于火箭尺寸及总体要求构建具有发射空间的本体步骤。

S200，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤，所述导流部与所述发射空间之间具有排导空间。

S300，于本体上设置导流槽步骤，所述导流槽通过所述排导空间与所述发射空间联通。

S400，设置供水管步骤。

S500，于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤，所述径向喷水装置通过自身的传水管路与所述供水管连接。

S600，于导流部上设置底部喷水装置步骤，所述底部喷水装置与通过自身的传水管路与所述供水管连接。

本发明一实施例为：构建火箭发射井时，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有两弧形导流面，且所述两弧形导流面构成人字形，(见图4)，且构建的导流部使发射空间3、排导空间10及导流槽1三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形。

本发明另一实施例为：构建火箭发射井时，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有一弧形导流面，构建的导流部使所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为U形。

于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，每一径向喷水装置的设置包括：提供一与所述供水管相联通的环形均压器步骤；以及于环形均压器上且朝环形均压器的中心部位延伸多根第一喷水管步骤，所述多根第一喷水管均匀分布在环形均压器上。于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，还包括沿所述供水管的轴向间隔设置所述多个径向喷水装置的步骤。具体而言，径向喷水装置的设置方式可为：依次自下而上构建径向喷水装置，直到构建完本体内所有喷水装置，再将各供水管路17利用供水管9连接起来，并配置好各级喷水装置控制阀门，即完成火箭发射井内的径向喷水装置构建工作。

于导流部上设置底部喷水装置步骤中，包括设置与所述供水管相联通的线形均压器步骤；于导流部上沿线形均压器的轴向间隔设置有多排喷水主干水道步骤；于导流部上设置与每排喷水主干水道连通的多根第二喷水管步骤，每排喷水主干水道上的所述多根第二喷水管之间相互连通，且所有第二喷水管的喷水孔阵列分布于所述导流部上。具体而言，底部喷水装置的设置方式可为：在导流部8基本结构基础上，构建导流部顶端附近的线形均压器13，将线形均压器13与供水管9连接，并设置好配套喷水控制阀门，完成导流部内供水条件建设工作。在导流部内供水条件建好基础上，基于导流部8顶端附近线形均压器13构建各喷水主干水道14，即完成导流部8内“百叶窗”形栅格式喷水通道构建工作。在导流部内“百叶窗”形栅格式喷水通基础上，设置第二喷水管11，完成导流部导流面附近喷水管阵列组建工作。

需要说明的是，本发明仅仅给出了火箭发射井的实施例，在实际应用中，火箭发射筒或火箭发射箱亦一样。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种火箭发射井，包括本体，所述本体上设置有容置火箭箭体的发射空间，其特征在于，还包括

形成于所述发射空间正下方的本体上的导流部，所述导流部与所述发射空间之间具有排导空间；

设置在所述本体上、通过所述排导空间与所述发射空间联通的导流槽；以及

喷水***，所述喷水***包括供水管、设置于所述导流部上的底部喷水装置及向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置，所述底部喷水装置与所述径向喷水装置通过各自的传水管路与所述供水管连接。

2.根据权利要求1所述的火箭发射井，其特征在于，每一径向喷水装置包括环形均压器及多根第一喷水管，所述环形均压器与所述供水管相连通，所述多根第一喷水管均匀分布在所述环形均压器上且朝所述环形均压器的中心部位延伸。

3.根据权利要求2所述的火箭发射井，其特征在于，所述多个径向喷水装置沿所述供水管的轴向间隔分布。

4.根据权利要求1所述的火箭发射井，其特征在于，所述底部喷水装置包括线形均压器，所述线形均压器与所述供水管相连，所述导流部上沿线形均压器的轴向间隔设置有多排喷水主干水道，每排喷水主干水道连通有多根第二喷水管，每排喷水主干水道上的所述多根第二喷水管之间相互连通，且所有第二喷水管的喷水孔阵列分布于所述导流部上。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的火箭发射井，其特征在于，所述导流部具有两弧形导流面，所述两弧形导流面构成人字形，所述线形均压器设置于人字形导流部的顶端。

6.根据权利要求5所述的火箭发射井，其特征在于，所述多排喷水主干水道分成两组对称分布于所述线均压器的两旁。

7.根据权利要求5所述的火箭发射井，其特征在于，所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的火箭发射井，其特征在于，所述导流部具有一弧形导流面，所述线均压器设置于所述导流部的顶端。

9.根据权利要求8所述的火箭发射井，其特征在于，所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为U形。

10.一种火箭发射井构建方法，包括基于火箭尺寸及总体要求构建具有发射空间的本体步骤，其特征在于，还包括：

于发射空间正下方的本体上构建导流部步骤，所述导流部与所述发射空间之间具有排导空间；

于本体上设置导流槽步骤，所述导流槽通过所述排导空间与所述发射空间联通；

设置供水管步骤；

于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤，所述径向喷水装置通过自身的传水管路与所述供水管连接；以及

于导流部上设置底部喷水装置步骤，所述底部喷水装置与通过自身的传水管路与所述供水管连接。

11.根据权利要求10所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有两弧形导流面，且所述两弧形导流面构成人字形。

12.根据权利要求11所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部使所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为W形。

13.根据权利要求10所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部具有一弧形导流面。

14.根据权利要求13所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于发射空间的正下方的本体上构建导流部步骤中，构建的导流部使所述发射空间、所述排导空间及所述导流槽三者构成的组合空间的纵向剖面形状为U形。

15.根据权利要求10-14任意一项所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，每一径向喷水装置的设置包括：

提供一与所述供水管相联通的环形均压器步骤；以及

于环形均压器上且朝环形均压器的中心部位延伸多根第一喷水管步骤，所述多根第一喷水管均匀分布在环形均压器上。

16.根据权利要求15所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于本体上设置向火箭箭体径向喷流的多个径向喷水装置步骤中，包括沿所述供水管的轴向间隔设置所述多个径向喷水装置的步骤。

17.根据权利要求10-14任意一项所述的火箭发射井构建方法，其特征在于，于导流部上设置底部喷水装置步骤中，包括：

设置与所述供水管相联通的线形均压器步骤；

于导流部上沿线形均压器的轴向间隔设置有多排喷水主干水道步骤；

于导流部上设置与每排喷水主干水道连通的多根第二喷水管步骤，每排喷水主干水道上的所述多根第二喷水管之间相互连通，且所有第二喷水管的喷水孔阵列分布于所述导流部上。

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