RO128775A2 - Suborbital vector with hybrid gasodynamic control system - Google Patents

Abstract

The invention relates to a suborbital sounding vector with gasodynamic control system based on rocket micro engines with hybrid fuel. According to the invention, the vector consists of two jettisonable engines () with solid fuel, two systems () for coupling/uncoupling the stages, with pyrotechnic fastener, a main engine () with hybrid fuel, a gasodynamic control system (), an inertial navigation system () and a useful load () placed in a front compartment, the first and second stages being provided with a stabilizing empennage (), where the gasodynamic control system () consists of an oxidant reservoir (), an oxidant distributor () and some rocket micro motors () with hybrid fuel.

Description

Invenția se referă o racheta suborbitală de sondaj dedicata ridicării unor sarcini utile de mici dimensiuni la înălțimi cuprinse între 10 și 100 km in scopul efectuării de experimente științifice sau testări de aparatura si echipamente cu destinație spațială sau meteorologică.The invention relates to a suborbital sounding rocket dedicated to lifting small payloads at heights between 10 and 100 km for the purpose of carrying out scientific experiments or testing of equipment and equipment with spatial or meteorological destination.

Aceste tipuri de rachete sunt rachete cu două sau trei trepte cu combustibil solid, care funcționează continuu fără timp de întârziere la decuplarea treptelor, ceea ce asigură o evoluție previzibilă a acestora fără împrăștieri semnificative ale elementelor rachetei sau a sarcinii utile. Această abordare conduce la un preț de cost scăzut al sistemului dar cu performante modeste in ceea ce privește înălțimea atinsă. O soluție in vederea îmbunătățirii performantelor este indicată în brevetul RU2108539C - înregistrat in Federația Rusa, destinat unei rachete meteorologice in trepte, care propune startarea cu întârziere a celui de al doilea motor (întârzierea decuplării treptelor), ceea ce conduce la un câștig important în înălțime. Brevetul respectiv stabilește chiar o relație de calcul ce leagă masa treptelor și diametrul si durata de întârziere. în condițiile in care racheta este nedirijată, această soluție întârziere a startării treptei a doua poate conduce la împrăștiere mare a punctului de căderea a elementelor rachetei (etajul inferior) și a sarcinii utile, cu repercusiuni negative asupra dimensiunii zonelor de siguranță aferente unei lansări. în țară nu există un brevet de referință dedicat rachetelor de sondaj suborbital.These types of rockets are two- or three-stage rockets with solid fuel, which operate continuously without delay time when decoupling the stages, which ensures a predictable evolution without significant scattering of rocket elements or payload. This approach leads to a low cost of the system but with modest performance in terms of height reached. A solution for improving the performance is indicated in the patent RU2108539C - registered in the Russian Federation, for a stepped meteorological missile, which proposes the delayed start of the second engine (delaying the decoupling of the steps), which leads to a significant gain in height. . The respective patent establishes even a calculation relation that links the mass of the steps and the diameter and duration of the delay. In the conditions in which the missile is not targeted, this delay solution of the start of the second step can lead to a large scattering of the missile drop point (lower floor) and payload, with negative repercussions on the size of the launch zone safety zones. There is no reference patent for suborbital probe missiles in the country.

Vectorul propus (fig. 1) conține două sisteme importante care asigură mărirea înălțimii finale si micșorarea zonei de risc: un sistem de întârziere decuplării treptelor (5), prevăzut cu un dispozitiv de siguranță inerțial si un întârzietor electronic, ceea ce permite reglarea și creșterea înălțimii maxime la care poate ajunge sarcina utilă (1) și un sistem de comandă gazodinamic (3), care asigură împreună cu sistemul de navigație inerțială (2) menținerea sub control a împrăștierii traiectoriei rachetei. Propulsia este asigurată de două motoare cu combustibil solid (6) largabile si de motorul principal de marș (4) aferent ultimei trepte.The proposed vector (fig. 1) contains two important systems that ensure the increase of the final height and the decrease of the risk zone: a delay system for decoupling the steps (5), provided with an inertial safety device and an electronic delay, which allows the adjustment and increase the maximum height at which the payload can be reached (1) and a gas-dynamic control system (3), which together with the inertial navigation system (2) ensures that the missile's trajectory is spread under control. The propulsion is provided by two solid fuel engines (6) expandable and the main gear motor (4) for the last step.

Soluția tehnică adoptată pentru sistemul de comandă gazodinamic adoptat (fig. 2) este bazată pe 8 micromotoare cu combustibil hibrid (10) (oxidant gazos, carburant solid) care 4 asigură controlul orientării rachetei pe canalul de ruliu și câte 2 pe canalele longitudinale (tangaj, girație). Acest lucru se realizează pentru fiecare pereche de motoare prin funcționarea la parametri nominali numai a celui dorit, cele inactiv funcționând în regim minimal. Avantajul si necesitatea utilizării micromotoarelor cu combustibil hibrid (10) constă în aceea că regimul de funcționare al acestora poate fi controlat prin debitul de oxidant, care este reglat prin distribuitorul (9). Pentru a asigura un sistem eficient de comandă se va utiliza un rezervor de oxidant unic (8) ce furnizează oxidantul necesar întregului sistem. Prin controlul debitului de oxidant se poate realiza un control optim a traiectoriei treptei superioare asigurându-se o precizie crescută a acesteia.The technical solution adopted for the adopted gas control system (fig. 2) is based on 8 hybrid fuel micromotors (10) (gas oxidant, solid fuel) which 4 provides control of the missile orientation on the roller channel and 2 on the longitudinal channels (tangage). , rotation). This is achieved for each pair of engines by operating at nominal parameters only the one desired, the inactive ones operating in minimal mode. The advantage and necessity of using hybrid fuel micro-motors (10) is that their operating regime can be controlled by the oxidant flow rate, which is regulated by the distributor (9). In order to ensure an efficient control system, a single oxidant reservoir (8) will be used which provides the oxidant needed for the entire system. By controlling the oxidant flow, an optimal control of the upper stage trajectory can be achieved, ensuring an increased accuracy.

Vectorul propus poate asigura ridicarea unei sarcini utile de pană la 10 kg la înălțime cuprinse între 10 și 100 Km cu o împrăștiere redusă de cădere a elementelor rachetei și a sarcinii utile.The proposed vector can ensure the lifting of a payload of up to 10 kg at a height between 10 and 100 km with a reduced spread of falling rocket elements and payload.

Vectorul de sondaj cu sistem de comandă gazodinamic conform invenției permite:The polling vector with a gasodynamic control system according to the invention allows:

- lansarea la înălțime dorită prin funcționarea controlată a timpului de întârziere a desprinderii treptelor;- launching at the desired height through the controlled operation of the delay time of the step detachment;

A- 2 O 1 1 - O 1 2 2 5 - 2 4 -11- 2011A- 2 O 1 1 - O 1 2 2 5 - 2 4 -11- 2011

- asigurarea unei împrăștieri minime a punctelor de cădere a elementelor treptelor rachetei după desprindere si a punctului de expulzare a sarcinii utile.- ensuring a minimum spreading of the drop points of the rocket gear elements after detachment and of the point of expulsion of the payload.

- acționarea unei parașute care să asigure o durată mare de cădere a sarcinii utile pentru efectuarea de măsurători în condiții optime.- the operation of a parachute to ensure a long duration of the load fall for the measurement of optimum conditions.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2 care reprezintă după cum urmează:The following is an example of an embodiment of the invention, in connection with FIG. 1 and 2 which represent as follows:

- fig. 1 Vector suborbital cu sistem comandă gazodinamic hibridFIG. 1 Suborbital vector with hybrid gasodynamic control system

- fig. 2 Sistem de comandă gazodinamicFIG. 2 Gas-dynamic control system

Vectorul suborbital cu sistem comandă gazodinamic hibrid, conform invenției este alcătuit din 2 motoare de cu combustibil solid, largabile (6) , sisteme de cuplare/decuplare (5) a treptelor prevăzute cu elemente de întârziere a decuplării și pornirii motorului superior, motor principal de marș de tip motor racheta hibrid (4), sistem de comandă gazodinamic (3), sistem de navigație inerțială (2) și sarcina utilă (1). Compartimentul sarcinii utile este supra calibru asigurând o mărire a volumului de stocare. Treapta 1 și 2 sunt prevăzute cu ampenaj (7) care asigură stabilitatea vectorului în straturile dense ale atmosferei. Treapta 3, deoarece va funcționa în straturile superioare nu are ampenaj, stabilizarea rachetei fiind asigurată de sistemul gazodinamic de comandă împreună cu sistemul de navigație inerțială care are in compunere traductori de accelerație unghiulară si de accelerație liniară.The suborbital vector with hybrid gas control system according to the invention consists of 2 solid fuel engines, expandable (6), coupling / decoupling systems (5) of the gears provided with delay elements for decoupling and starting the upper engine, main engine of Hybrid rocket engine (4) gearbox, power steering system (3), inertial navigation system (2) and payload (1). The payload compartment is over gauge ensuring increased storage volume. Steps 1 and 2 are provided with pivoting (7) which ensures the stability of the vector in the dense layers of the atmosphere. Step 3, because it will work in the upper layers, does not have an impingement, the stabilization of the rocket being provided by the gas-dynamic control system together with the inertial navigation system that has angular and linear acceleration translators.

Claims (1)

RevendicareClaim Vector suborbital cu sistem comandă gazodinarriic hibrid, caracterizat prin aceea că asigură ridicarea sarcinii utile la înălțimi cuprinse între 5 și 100 km prin reglarea timpilor de decuplare a treptelor și a funcționării motorului de marș asigurând un control al împrăștierii traiectoriei de zbor și a punctelor de cădere e elementelor rachetei prin sistemul de comandă gazodinamic bazat pe micromotoare hibride, fiind constituit în principal din 2 motoare cu combustibil solid (6) cu ampenaj stabilizator (7), două sisteme de cuplare/decuplare a treptelor echipate cu sisteme de întârziere a desprinderii (5), un motor principal de marș cu combustibil hibrid (4), un sistem de comandă gazodinamic (3), un sistem de navigație inerțială (2), și o un compartiment pentru sarcina utila (1). Sistemul de comandă gazodinamic este compus dintr-un rezervor de oxidant principal (8), un distribuitor de oxidant (9) și 8 micromotoare hibride pentru controlul canalului de ruliu, și a canalelor longitudinale (tangaj, girație) (10).Suborbital vector with hybrid gas control system, characterized in that it ensures the lifting of the payload at heights between 5 and 100 km by regulating the decoupling times of the steps and the running engine operation ensuring control of the flight path and the fall points e rocket elements through the hybrid microdrive control system, consisting mainly of 2 solid fuel engines (6) with stabilizing gear (7), two gear coupling / decoupling systems equipped with detachment delay systems (5 ), a main hybrid fuel gauge engine (4), a power steering system (3), an inertial navigation system (2), and a payload compartment (1). The gas-dynamic control system is composed of a main oxidant tank (8), an oxidizer dispenser (9) and 8 hybrid micromotors for controlling the roller channel, and the longitudinal channels (tangage, rotation) (10).