(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211238746.7 (22)申请日 2022.10.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115310211 A (43)申请公布日 2022.11.08 (73)专利权人 中国人民解 放军63921部队 地址 100093 北京市海淀区北清路26号院 (72)发明人 朱雄峰　刘阳　刘鹰　谭云涛　 韩秋龙　谷建光　雍子豪　王一杉　 崔朋　王铁兵　谭胜　 (74)专利代理 机构 北京云嘉 湃富知识产权代理 有限公司 1 1678 专利代理师 程凌军 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) 审查员 郭婉莹 (54)发明名称 垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法 和装置 (57)摘要 本公开涉及一种垂直起降重复使用运载火 箭总体设计方法和装置， 属于运载火箭总体设计 领域。 本公开针对两级单芯级、 奇数台发动机并 联的垂直起降重复使用运载火箭， 首先根据可选 的火箭直径、 发动机布局方案和推进剂类型选型 生成多个设计方案； 然后对每个设计方案使用垂 直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法进 行评估； 最后将所有设计方案中评估 结果为可行 的若干个方案连同其设计参数输出。 本公开总体 设计方法简洁高效， 适于自动化， 使设计人员只 需关注总体设计中箭体直径选型、 发动机布局方 案选型和推进剂类型选型本身， 从不同参数组合 形成不同设计方案有关的繁重工作中解脱， 极大 提高了运载火箭总体设计效率， 为快速形成重复 使用能力奠定 基础。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115310211 B 2022.12.20 CN 115310211 B 1.一种垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 用于两级单芯级、 奇数 台发动机并联的垂直 起降重复使用运载火箭， 包括以下内容： 根据可选的火箭直径、 发动机布局方案和推进剂类型选型生成多个设计方案； 其中， 火 箭直径选项为m个， 发动机布局方案选项为n个， 推进剂类型选项为k个， 则设计方案数目为 m*n*k； 对每个所述设计方案使用垂直 起降重复使用运载火箭设计方案 评价方法进行评估； 所述垂直 起降重复使用运载火箭设计方案 评价方法包括以下内容： 根据箭体直径、 发动机布局方案和推进剂类型计算基础级最大推力F； 根据F计算总质量 m0： 根据级间比、 火箭结构系数通过式 （1） 计算 运载能力；           （1） 其中， Δv表示速度增量、 Isp1表示一级发动机比冲、 Isp2表示二级发动机比冲、 m1表示一 级总质量、 m2表示二级总质量、 ms1表示一级结构质量、 ms2表示二级结构质量、 mp表示有效载 荷质量、 σ1表示一级结构系数、 σ2表示二级结构系数、 ε表示级间比； 将式 （1） 中 ε作为优化变量， mp作为优化目标， 根据预设的Δ v常量最大化运载能力； 根据优化结果计算火箭长细比； 以长细比是否符合工程实践为评判标准确定方案是否可行； 将m*n*k个所述设计方案 中评估结果 为可行的l个方案连同其设计参数输出。 2.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 发动机布局方案为中心部署1台发动机， 剩余发动机均布于中心发动机 外周。 3.根据权利要求2所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 发动机最大直径 d为： 其中D为所述火箭 直径，n为发动机台数。 4.根据权利要求3所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 F=n*f， 其中f为单台发动机推力， 通过下式计算： f=对应于所述推进剂类型的典型发动机的 推力面密度*发动机的喷口面积。 5.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 m0=F/(推重比* 重力加速度)。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310211 B 26.根据权利要求1 ‑5任一所述的方法， 其特征在于： 所述根据优化结果计算火箭长细比 过程为： 将 ε和mP代入式 （1） 得到 m1、m2、ms1和ms2； 根据m1、m2、ms1和ms2得到各子级推进剂质量； 根据下式计算全箭长度： 全箭长度=各子级推进剂质量/(推进剂相对密度*箭体截面 积)+整流 罩长度； 根据下式计算火箭长细比： 长细比=全箭长度/箭体直径。 7.根据权利要求6所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 评判标准 为所述长细比是否小于20 。 8.根据权利要求6所述的垂直起降重复使用运载火箭总体设计方法， 其特征在于： 所述 设计参数包括箭体直径、 发动机布局方案、 推进剂类型、 单台发动机最大直径 d、 总质量m0、 级间比ε、 有效载荷质量 mp、 一级总质量 m1、 二级总质量 m2、 一级结构质量 ms1、 二级结构质量 ms2、 一级推进剂质量、 二级推进剂质量、 长细比、 运载效率。 9.一种垂直起降重复使用运载火箭总体设计装置， 其特征在于： 用于两级单芯级、 奇数 台发动机并联的垂直 起降重复使用运载火箭， 包括： 方案生成模块： 用于根据可选的火箭直径、 发动机布局方案和推进剂类型选型生成多 个设计方案； 其中， 火箭直径选项为m个， 发动机布局方案选项为n个， 推进剂类型选项为k 个， 则设计方案数目为m*n*k； 方案评估模块： 用于对每个所述设计方案使用垂直起降重复使用运载火箭设计方案评 价方法进行评估； 所述垂直 起降重复使用运载火箭设计方案 评价方法包括以下内容： 根据箭体直径、 发动机布局方案和推进剂类型计算基础级最大推力F； 根据F计算总质量 m0： 根据级间比、 火箭结构系数通过式 （1） 计算 运载能力；           （1） 其中， Δv表示速度增量、 Isp1表示一级发动机比冲、 Isp2表示二级发动机比冲、 m1表示一 级总质量、 m2表示二级总质量、 ms1表示一级结构质量、 ms2表示二级结构质量、 mp表示有效载 荷质量、 σ1表示一级结构系数、 σ2表示二级结构系数、 ε表示级间比； 将式 （1） 中 ε作为优化变量， mp作为优化目标， 根据预设的Δ v常量最大化运载能力； 根据优化结果计算火箭长细比； 以长细比是否符合工程实 践为评判标准确定方案是否可 行； 方案筛选模块： 用于根据评估结果将m*n*k个所述设计方案中评估结果为可行的 l个方 案连同其设计参数输出。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310211 B 3