RU121796U1 - REUSABLE AIR AND SPACE VEHICLE WITH AERODROM START - Google Patents

Abstract

1. Многоразовый воздушно-космический аппарат с аэродромным стартом, содержащий первую возвращаемую ступень с максимальными скоростями полета, превышающими скорость звука, с внешним расположением второй возвращаемой ступени с максимальными скоростями полета, превышающими скорость звука, отличающийся тем, что имеет плотную компоновку с малым аэродинамическим сопротивлением, и первая возвращаемая ступень является беспилотной. !2. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что вторая возвращаемая ступень может быть беспилотной. ! 3. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что вторая возвращаемая ступень может иметь отделяющуюся головную часть. !4. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.3, отличающийся тем, что отделяющаяся головная часть может быть пилотируемой. 1. A reusable aerospace vehicle with an aerodrome launch, containing a first recoverable stage with maximum flight speeds exceeding the speed of sound, with an external location of the second recoverable stage with maximum flight speeds exceeding the speed of sound, characterized in that it has a dense layout with low aerodynamic drag , and the first stage to be returned is unmanned. ! 2. The reusable aerospace vehicle according to claim 1, characterized in that the second reentry stage can be unmanned. ! 3. The reusable aerospace vehicle according to claim 1, wherein the second recoverable stage may have a detachable head. !4. The reusable aerospace vehicle according to claim 3, characterized in that the detachable warhead can be manned.

Description

Полезная модель относится к многоразовым воздушно-космическим аппаратам для выведения полезной нагрузки на космическую орбиту со стартом с обычного аэродрома. Известен ближайший аналог, реальный воздушно-космический аппарат с аэродромным стартом, содержащий первую пилотируемую возвращаемую ступень с максимальными дозвуковыми скоростями полета, а также с внешним расположением второй пилотируемой возвращаемой ступени с максимальными скоростями полета превышающими скорость звука, изготовленный компанией Скэйлд Композитс - (Scaled Composites, LLC 1624 Flight Line Mojave, CA. - сайт - ) - под названием Space Ship Two-Black Knight, однако эффективность дозвуковой первой ступени, высота и скорость полета ниже, чем у сверхзвуковой. Известен реальный прототип подобного аппарата со сверхзвуковой первой ступенью под условным названием РАСКАЛ (RASCAL) (Источник AIAA 2005-3241 American Institute of Aeronautics and Astronautics Responsive Access Small Cargo Affordable Launch (RASCAL) Independent Performance Evaluation David A. Young and John R. Olds Space Systems Design Lab School of Aerospace Engineering Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 30332-0150, однако вторая ступень в виде ракеты находится внутри фюзеляжа и вследствие этого имеет ограниченные габаритные размеры.The utility model relates to reusable aerospace vehicles for launching a payload into space orbit with a launch from a conventional aerodrome. The closest analogue is known, a real aerospace vehicle with an aerodrome launch, containing the first manned return stage with maximum subsonic flight speeds, as well as with the external arrangement of the second manned return stage with maximum flight speeds exceeding the speed of sound, made by Scaled Composites, LLC 1624 Flight Line Mojave, CA. - site -) - under the name Space Ship Two-Black Knight, however, the efficiency of the subsonic first stage, altitude and flight speed are lower than that of supersonic. A real prototype of such an apparatus with a supersonic first stage is known under the code name RASCAL (Source AIAA 2005-3241 American Institute of Aeronautics and Astronautics Responsive Access Small Cargo Affordable Launch (RASCAL) Independent Performance Evaluation David A. Young and John R. Olds Space Systems Design Lab School of Aerospace Engineering Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 30332-0150, however, the second stage in the form of a rocket is located inside the fuselage and therefore has limited overall dimensions.

Перед автором стояла задача создания воздушно-космического аппарата, имеющего большую эффективность, чем Space Ship Two-Black Knight с внешним расположением второй ступени, без ограничения внешних размеров, то есть установку соответствующих двигателей и изменение внешней формы, пригодной для сверхзвукового полета, - и при этом с максимально компактной компоновкой с малым аэродинамическим сопротивлением.The author was faced with the task of creating an aerospace vehicle having greater efficiency than the Space Ship Two-Black Knight with an external arrangement of the second stage, without limiting the external dimensions, that is, installing the appropriate engines and changing the external shape suitable for supersonic flight, and with this with the most compact layout with low aerodynamic drag.

Для решения поставленной задачи (технического результата) предлагается воздушно-космический аппарат содержащий как и аналог: в первой ступени - крыло (треугольной формы в плане), два двигателя со сверхзвуковыми режимами работы (в пирамидальных мотогондолах), шасси «автомобильной» схемы, но без фюзеляжа и кабины для пилота, что позволяет резко снизить лобовую площадь данной ступени, при этом все функции пилота выполняет бортовой компьютер, - то есть первая ступень минимальной конфигурации обладает максимальной сверхзвуковой скоростью полета и является беспилотной; вторая ступень - фюзеляж пирамидальной формы, крыло (треугольной формы в плане) и передняя плоскость (треугольной формы в плане), шасси обычной схемы, - располагается на узлах подвески между мотогондолами двигателей первой ступени и при этой плотной компоновке происходит дополнительное уменьшение лобового (аэродинамического) сопротивления за счет эффекта биплана Буземана - возникновения между близлежащими плоскостями в сверхзвуковом потоке системы скачков уплотнения, суммарно уменьшающих лобовое сопротивление этих плоскостей. Все вышеуказанное позволило:To solve the problem (technical result), an aerospace vehicle is proposed that contains the same as the analogue: in the first stage - a wing (of a triangular shape in plan), two engines with supersonic modes of operation (in pyramidal engine nacelles), a chassis of an “automobile” circuit, but without the fuselage and the cockpit for the pilot, which can dramatically reduce the frontal area of this stage, while all the functions of the pilot are performed by the on-board computer, that is, the first stage of the minimum configuration has a maximum supersonic floor speed eta is unmanned; the second stage - the fuselage of the pyramidal shape, the wing (of a triangular shape in plan) and the front plane (of a triangular shape in plan), the chassis of the usual scheme - is located on the suspension nodes between the engine nacelles of the first stage and with this tight arrangement there is an additional decrease in the frontal (aerodynamic) resistance due to the Buzeman biplane effect - the occurrence between the adjacent planes in the supersonic flow of a system of shock waves, which in total reduces the drag of these planes. All of the above allowed:

1. Создать максимально компактную и простую конструкцию воздушно-космического аппарата с высоким аэродинамическим качеством и с минимальной массой и габаритами.1. Create the most compact and simple design of an aerospace vehicle with high aerodynamic quality and with a minimum weight and dimensions.

2. Получить недорогой, в сравнении с космическими шаттлами старого поколения, аппарат для выведения различных полезных нагрузок, включая экипаж, на орбиту, и при этом более эффективный, чем все мировые известные реальные конструкции аппаратов.2. Get an inexpensive, in comparison with the space shuttles of the old generation, apparatus for launching various payloads, including the crew, into orbit, and at the same time more efficient than all the world-famous real constructions of vehicles.

3. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания аппарата, и в том числе стоимость вывода полезной нагрузки, вследствие аэродромного старта.3. Minimize the cost of maintenance of the device, including the cost of output payload due to airfield launch.

На фиг.1 показана общая компоновка предлагаемого воздушно-космического аппарата - первой и второй ступеней изображенные в юго-восточной изометрии.Figure 1 shows the General layout of the proposed aerospace vehicle - the first and second steps are depicted in the southeast isometry.

Воздушно-космический аппарат содержит первую ступень 1 и вторую ступень 2: в первой ступени - крыло 3 (треугольной формы в плане), два двигателя со сверхзвуковыми режимами работы 4 (в пирамидальных мотогондолах), шасси 5 «автомобильной» схемы; во второй ступени 6 - фюзеляж пирамидальной формы, крыло (треугольной формы в плане) и передняя плоскость (треугольной формы в плане), шасси обычной схемы, - располагается в стартовом положении на узлах подвески между мотогондолами двигателей первой ступени. В передней части второй ступени располагается головная часть, 7, - которая может при необходимости отделяться и выполнять функцию третьей самостоятельной возвращаемой из космоса пилотируемой ступени, в этом случае оставшаяся часть второй ступени может быть беспилотной. Эта же отделяемая и самостоятельная головная часть может исполнять функцию спасательной капсулы для экипажа, пассажиров и полезной нагрузки.The aerospace apparatus contains the first stage 1 and the second stage 2: in the first stage there is a wing 3 (triangular in plan), two engines with supersonic operating modes 4 (in pyramidal nacelles), chassis 5 of the “automobile” circuit; in the second stage 6 - the fuselage of the pyramidal shape, the wing (of a triangular shape in the plan) and the front plane (of the triangular shape in the plan), the chassis of the usual scheme - is located in the starting position on the suspension nodes between the engine nacelles of the first stage. In front of the second stage there is a warhead, 7, which can, if necessary, detach and fulfill the function of a third independent manned stage returned from outer space, in which case the remaining part of the second stage can be unmanned. The same detachable and independent warhead can serve as a rescue capsule for the crew, passengers and payload.

На основании приведенного описания и общей компоновки предлагаемого воздушно-космического аппарата проведен первый расчетный этап эскизного проектирования для аппарата стартовой массы 80000 кГ. со следующими техническими характеристиками:Based on the above description and the general layout of the proposed aerospace vehicle, the first calculation stage of the preliminary design for the launch vehicle of 80,000 kg was carried out. with the following specifications:

- Экипаж: 2; Полезная нагрузка 3 ступени: 725-2500 кГ (разные орбиты)- Crew: 2; Payload 3 steps: 725-2500 kg (different orbits)

- Длина: 19,88 м; Размах: 21.68 м; Высота: 4.24 м; Площадь крыла: 174 м² - Length: 19.88 m; Swipe: 21.68 m; Height: 4.24 m; Wing area: 174 m ²

- Вес конструкции: 30,600 кГ; Взлетный вес: 80,000 кГ- Construction weight: 30,600 kg; Take-off weight: 80,000 kg

- Двигатель 1 аналог 2×J58-1 turbojet, 14780 кГс (145 кН) каждый- Engine 1 analog 2 × J58-1 turbojet, 14780 kG (145 kN) each

- Двигатель 2: аналог 4×CR225-R rocket, 22940 кГс (225 кН) каждый- Engine 2: analogue 4 × CR225-R rocket, 22940 kGs (225 kN) each

- Двигатель 3: аналог 1 (4)×CR16-R rocket, 1600 кГс (15.75 кН) каждый- Engine 3: analog 1 (4) × CR16-R rocket, 1600 kG (15.75 kN) each

- Колея шасси: 5.0 м; База шасси: 8.0 м.- Chassis track: 5.0 m; Chassis base: 8.0 m.

Claims (4)

1. Многоразовый воздушно-космический аппарат с аэродромным стартом, содержащий первую возвращаемую ступень с максимальными скоростями полета, превышающими скорость звука, с внешним расположением второй возвращаемой ступени с максимальными скоростями полета, превышающими скорость звука, отличающийся тем, что имеет плотную компоновку с малым аэродинамическим сопротивлением, и первая возвращаемая ступень является беспилотной.1. A reusable aerospace vehicle with an aerodrome launch, comprising a first return stage with maximum flight speeds exceeding the speed of sound, with an external arrangement of the second return stage with maximum flight speeds exceeding the speed of sound, characterized in that it has a tight arrangement with low aerodynamic drag , and the first return stage is unmanned. 2. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что вторая возвращаемая ступень может быть беспилотной.2. The reusable aerospace apparatus according to claim 1, characterized in that the second return stage can be unmanned. 3. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что вторая возвращаемая ступень может иметь отделяющуюся головную часть.3. The reusable aerospace apparatus according to claim 1, characterized in that the second return stage may have a detachable warhead. 4. Многоразовый воздушно-космический аппарат по п.3, отличающийся тем, что отделяющаяся головная часть может быть пилотируемой.

4. The reusable aerospace apparatus according to claim 3, characterized in that the detachable warhead can be manned.