重型运载火箭弹射器及其弹射方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空航天技术领域，具体的说是一种重型运载火箭弹射器及其弹射方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天技术的迅猛发展，人们逐渐将眼光投向外太空，不仅要大气层外建造大型空间站，还要将人送到远离地球的其他星球去建造适应人类生存的人造空间，还要飞出太阳系到外太空去寻找适宜人类生存的宜居星球，上述所有太空科学活动都要使用运载火箭将载荷送出大气层，但是目前人类所使用的运载火箭的运载能力十分有限，已知前苏联的运载火箭最大载荷是100吨，美国的运载火箭最大载荷是127吨，各国常用的运载火箭载荷都在几十吨内，目前现有技术的运载火箭的运载能力已经远远达不到未来人类探索太空的需要，需要使用全新的方法来大幅度提高运载火箭的运载能力。
【发明内容】
[0003]本发明的技术任务是提供一种能够大幅度提尚运载火箭运载能力的重型运载火箭弹射器。
[0004]本发明的技术方案是按以下方式实现的:将火箭升降平台设置在运载火箭发射架的低位，发射前将空的重力水桶设置在运载火箭发射架高位，利用钢缆将火箭升降平台与重力水桶连接在一起，利用梯级栗站向空的重力水桶注入水增加其高位重力势能，发射火箭时，控制重力水桶从高位向低位降落，利用重力水桶的自由落体运动产生的重力加速度反向为运载火箭牵引加速，将运载火箭弹射到空中，然后运载火箭发动机点火继续利用自身发动机的推力将载荷送入太空，通过提如为运载火箭加速，大幅度提尚火箭的载荷，减少燃料消耗，提高发射安全性，提高发射成功率。
[0005]所述的重型运载火箭弹射器，运载火箭发射架总成是由发射架、弹射轿厢和升降平台组成，发射架的地上部分前部呈垂直敞开式，以方便运载火箭的移入组装，发射架的地下部分是发射井，发射井的底部是溢水井，发射架的两侧壁或后壁设置有齿条导轨和电板，发射架的中间设置有升降平台和弹射轿厢；
升降平台位于弹射轿厢的底部，两者之间由程控锁连接，升降平台的拐角部设置有导向滑块和制动器与齿条导轨滑动连接，升降平台的底部设置有升降电机通过齿轮与齿条导轨连接，制动器和升降电机通过电板与地面控制系统连接，控制升降平台和弹射轿厢的定位和上下移动；
弹射轿厢的上部边部设置有机械手，运载火箭安放在弹射轿厢的中间，机械手的端部与运载火箭的箭体接触，弹射轿厢的拐角部设置有导向滑块和制动器，导向滑块和制动器与齿条导轨滑动连接，弹射轿厢的底部设置有电刷和无线控制器，电刷与电板滑动连接取电后为制动器、机械手和无线控制器提供电能，无线控制器控制机械手对箭体扶正和释放；弹射轿厢上部设置有钢轨，钢轨与发射架前面的铁道钢轨相对，运载火箭安放在轨道转运车上，轨道转运车通过钢轨转移到弹射轿厢上的钢轨上面或通过起重设备吊装到弹射轿厢上；
弹射轿厢底部位于拐角部导向滑块之间设置有钢缆接口；
所述的弹射轿厢上部两侧设置有机械手，机械手由无线控制器控制向上打开或向下放下辅佐在运载火箭各级箭体的侧面，用以减轻各级箭体对底部箭体的负荷和防止箭体在弹射过程中的倾斜。
[0006]所述的重型运载火箭弹射器，重力反向弹射架总成是由弹射架、重力水桶、阻尼水井和换向滑轮组组成，弹射架的底部设置有阻尼水井，中间设置有重力水桶，顶部设置有换向滑轮组，换向滑轮组上绕有牵引钢缆，牵引钢缆的一端与弹射轿厢底部钢缆接口连接，牵引钢缆的另一端与重力水桶顶部的钢缆接口连接;换向滑轮组下方设置有重力水桶锁止释放控制器，锁止释放控制器与重力水桶顶部钩挂在一起，重力水桶的底部设置有阀门，顶部设置有进水口，弹射架的内壁设置有齿条导轨，重力水桶的外壁对应设置有导向滑块，导向滑块与齿条导轨滑动连接；
所述的重型运载火箭弹射器，循环水系统是由蓄水池、梯级栗站、阻尼水和溢水井组成，梯级栗站将蓄水池中的水栗送到弹射架顶部反向滑轮组的下方的出水口，出水口与重力水桶顶部的进水口相对将蓄水池中的水注入重力水桶之中，重力水桶部设置有阀门，当重力水桶沉入阻尼水井后阀门自动打开，待重力水桶离开阻尼水井时将重力水桶中的水排空。
[0007]重型运载火箭弹射器弹射的弹射发射方法，具体步骤如下:
1)发射前准备:设置弹射轿厢的重量略大于空重力水桶的重量，弹射轿厢通过锁止器与升降平台连接，升降平台通过升降机构将弹射轿厢固定到地平面位置方便运载火箭的转移和安装，弹射轿厢的钢轨与运载火箭运输钢轨连接，运载火箭通过轨道转运车整体转运进弹射轿厢，用固定件将轨道转运车与弹射轿厢固定在一起，或通过液压机构将轨道转运车替换出，升降平台通过制动器和锁止器与发射架齿条导轨锁止定位，运载火箭移送安装到弹射轿厢中的过程中，升降平台的负荷逐渐增大，梯级栗站分级不断向空重力水桶中注水，使升降平台与重力水桶之间始终保持重力平衡；
2)系统调试:通过升降平台的举升和下降对运载火箭进行系统安装调试，包括支撑臂和机械手对箭体的支撑辅佐和打开释放的调试，运载火箭自身的所有系统调试完毕后，升降平台牵引弹射轿厢下移到发射井底部，地面控制系统继续对运载火箭进行远程测试，重力水桶反向上升到换向滑轮组下方通过锁止释放控制器锁止，梯级栗站继续向重力水桶中注水使重力水桶的重量大于弹射轿厢和运载火箭的总和，运载火箭处于准备发射状态；
3)火箭发射:运载火箭所有系统全部通过测试后，升降平台与弹射轿厢之间的锁止器和重力水桶顶部的锁止释放控制器打开，重力水桶被释放以每秒98.8米的加速度以自由落体运动方式下落，重力水桶通过钢缆牵引弹射轿厢以相同的加速度顺发射架齿条导轨向发射架顶端弹射，运载火箭同时点火，弹射轿厢中的所有与箭体连接的部件全部与箭体脱离，弹射轿厢弹射到发射架顶部位于换向滑轮组处在钢缆的反向牵引和自身制动系统的制动下停止向上运动，运载火箭弹通过惯性射出弹射轿厢，火箭发动机点火，在箭体冲出弹射轿厢的速度基础上继续加速推动载荷向太空飞行，重力水桶以自由落体的速度坠落进阻尼水井，重力水桶在阻尼水井的阻尼下停止下落，阻尼水井溢出的水进入发射井底部的溢水井中，重力水桶底部的阀门打开，由于弹射轿厢的重量略大于重力水桶空桶的重量，重力水桶在弹射轿厢的牵引下缓慢上升，重力水桶中的注水慢慢从重力水桶中排出，水栗将溢水井中的水栗送回地面蓄水池，同时补水进阻尼水井以控制阻尼水井的水位，弹射轿厢在制动器的控制下缓慢下降到地平面位置，升降平台通过升降机构驱动升降平台上移与弹射轿厢连接，通过程控锁与弹射轿厢锁止连接在一起，准备下一次运载火箭的移入或装配，重力水桶排干水离开水面后，底部的阀门重新关闭准备下一次注水配重。
[0008]本发明的优异效果是，减少火箭发射燃料的消耗，增加火箭的载荷，在火箭发动机点火前就能通过弹射方式使其获得有效的加速度，由于火箭点火前获得有效加速度，可以极大减少传统火箭发射时火箭发动机工作时产生的巨大震动对箭体造成的伤害，减少故障提高发射成功率，还由于火箭是被定向弹射到高空，即便万一火箭发生故障，火箭自爆是在空中完成，也不会对发射台和地面建筑及人员造成毁灭性的伤害，所以具有极高的安全性。
[0009]【附图说明】:
图1是弹射器的正面结构结构示意图；
图2是火箭转运过程的实施方式示意图；
图3是火箭弹射升空时的实施方式示意图；
图4是弹射器弹射轿厢部位的横断面结构示意图。
[0010]附图标记说明:反向滑轮组1、锁止释放控制器2、注水口3、进水口4、重力水桶5、阀门6、发射架7、弹射架8、梯级栗站9、蓄水池10、机械手11、弹射轿厢12、重型运载火箭13、升降电机15、升降平台16、溢水井18、牵引钢缆19、钢缆接口 20、齿条导轨2