一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统的制作方法

本发明涉及一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，属于先进运输领域。

背景技术：

1、进入航天空间离不开运载工具，运载工具的运载能力决定了进入空间的有效载荷大小。当前，火箭是主要的运载工具。火箭通过发动机高温燃烧产生反向推力，进而克服地心引力进入外空间。然而，随着航天事业的发展，火箭的发射周期、运载能力、发射成本等各项指标已经无法满足发射任务的要求。因此，亟需发展新型的运载工具。当前，磁悬浮电磁推进是一种备受瞩目的先进动力。然而将磁悬浮电磁推进技术作为飞行器的运载工具还未得到系统深入的研究。

2、现有的运载火箭发射系统，具有系统复杂、使用成本高、发射准备时间长、维护保障难度大的特点，严重制约了人类开发和利用太空的能力。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，实现了磁悬浮电磁推进和空气压缩推进的复合应用。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一方面，

4、本发明提出一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，包括：运载器模块、超导磁悬浮电磁推进模块、空气压缩推进模块、真空管道模块、电子控制模块、阻拦模块以及滑轨；

5、真空管道模块中设置有滑轨，超导磁悬浮电磁推进模块用于将运载器模块上浮，离开滑轨表面并获得一定速度，通过空气压缩推进模块将空气内能转变为运载器模块的动能，

6、利用电子控制模块检测运载器模块移动速度，实时调控电磁直线推进功率，保证空气压缩推进与电磁直线推进的有效耦合，使运载器模块获得预定的加速度；真空管道模块的管道出口处设置有阻拦模块。

7、进一步的，运载器模块包括：运载器、运载撬车、牵引件和紧固件；运载撬车安置于超导磁悬浮电磁推进模块上，运载器通过紧固件固定在运载撬车上，牵引件用于连接运载撬车和真空管道模块中的可移动密封板。

8、进一步的，真空管道模块包括：减阻罩、端部可移动密封板、尾部可移动密封板、真空泵；

9、减阻罩安装于端部可移动密封板上，真空泵安装于尾部可移动密封板上；端部可移动密封板、尾部可移动密封板均与超导磁悬浮电磁推进模块相连接；运载器模块设置在端部可移动密封板、尾部可移动密封板之间，运载器模块的牵引件固定连接尾部可移动密封板。

10、进一步的，真空管道模块的端部可移动密封板和减阻罩在磁悬浮电磁推进模块作用下高速行驶，将运载器前端的管道内空气排出，使运载器运行前方形成近真空条件；同时，利用真空管道模块中的真空泵将管道中的气体进一步排出。

11、进一步的，减阻罩为流水型、球型或平面型形状，材料为高分子材料、金属材料、陶瓷材料或树脂基复合材料。

12、进一步的，空气压缩推进模块包括：压缩推板和压缩气泵；压缩气泵安装于压缩推板上，压缩推板与超导磁悬浮电磁推进模块相连接；

13、压缩推板和尾部可移动密封板之间构成一个可移动封闭空间，利用压缩推板上的压缩气泵在可移动封闭空间中注入气体，压缩推板在磁悬浮电磁推进作用下快速行驶压缩空气，实现空气内能转变为飞行器模块的动能。

14、进一步的，可移动封闭空间中充入的气体为空气、氩气、氮气或者氦气。

15、进一步的，阻拦模块包括：阻拦索和阻拦装置，用于运载器发射时阻拦减阻罩。

16、进一步的，所述运载器系统运行方式包含5个阶段，分别为：启动、加速i、变轨、加速ii、发射；启动、加速i、加速ii、发射4个阶段的行程分别用l0、l1、l2、l3表示；变轨阶段的行程半径、变轨角度分别用r、θ表示。

17、第二方面，

18、本发明还提出一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器发射方法，包括：

19、步骤1：准备阶段，将运载器固定在运载撬车中；

20、步骤2：抽气阶段，端部可移动密封板、尾部可移动密封板、运载器、运载撬车构成相互隔离的腔室，利用电磁推进真空管道前端的可移动密封推板快速向前运动，将管段中的空气快速排出，使运载器运行前方的管道中形成近似接近真空状态；

21、步骤3：启动阶段，利用超导磁悬浮电磁推进使尾部可移动密封板运动，压缩运载器后方的空气至所需的压力；

22、步骤4：加速i阶段，解锁运载器的锁定状态，利用超导磁悬浮电磁推进模块并结合运载器后方形成的高压空气使运载器模块加速；利用电子控制模块，持续驱动运载器前后端的推板协同运动，实现运载器在近真空环境下的高速运行；

23、步骤5：变轨阶段，通过滑轨变轨实现运载器模块、真空管道模块、空气压缩模块行驶方向在直线运行的基础上实现改变速度方向；

24、步骤6：加速ii阶段，利用超导磁悬浮电磁推进模块、空气压缩模块使运载器模块进一步加速；

25、步骤7：发射阶段，利用电磁推力使前端可移动密封板离开运行管道，并利用阻拦装置阻拦减阻罩，使获得目标速度的运载器能够离开运行管道并顺利升空。

26、本发明与现有技术相比的有益效果是：

27、本发明提出的电磁推进辅助发射有效载荷入轨的方案可颠覆传统的化学运载火箭的不足，具有如下突出优势：

28、(1)本发明提出了一种利用非化学能实现运载火箭初始段高效加速发射的技术方案。该方案可充分利用电能实现运载火箭初始飞行段的加速过程，显著降低了运载火箭的规模和复杂程度，大幅降低运载火箭的成本，可实现运载火箭的高频次发射

29、(2)与现有的磁悬浮交通运输系统相比，本发明方案采用仅真空管道低气动阻力的方式，可消除地面运行阶段气动力、热条件对整个系统的不利影响，大幅提升了磁悬浮电推进装置的速度上限。

30、(3)本发明提出的增压与电磁复合推进的方式，显著增加了整套系统的运行效能，降低了对供电系统峰值功率的需求。

31、(4)本发明提出的磁悬浮电磁推进耦合空压推进的运载器加速运行方式具有推进效率高、成本低、速度高的特点。

32、(5)本发明提出的运行方式能够在运载器运行环境内形成真空环境，减小了运载器运行过程中的空气阻力。

33、(6)本发明提出的运行方式实现空气压缩推进，有效地利用了空气内能转换为运载器的机械能，提高了能量利用效率。

34、(7)本发明提出的运行方式通过电子控制模块耦合了磁悬浮电磁推进和空气压缩推进，实现了两种推进方式的实时、高效耦合。

技术特征：

1.一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于包括：运载器模块、超导磁悬浮电磁推进模块、空气压缩推进模块、真空管道模块、电子控制模块、阻拦模块以及滑轨；

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：运载器模块包括：运载器、运载撬车、牵引件和紧固件；运载撬车安置于超导磁悬浮电磁推进模块上，运载器通过紧固件固定在运载撬车上，牵引件用于连接运载撬车和真空管道模块中的可移动密封板。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：真空管道模块包括：减阻罩、端部可移动密封板、尾部可移动密封板、真空泵；

4.根据权利要求2所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：真空管道模块的端部可移动密封板和减阻罩在磁悬浮电磁推进模块作用下高速行驶，将运载器前端的管道内空气排出，使运载器运行前方形成近真空条件；同时，利用真空管道模块中的真空泵将管道中的气体进一步排出。

5.根据权利要求3或4所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：减阻罩为流水型、球型或平面型形状，材料为高分子材料、金属材料、陶瓷材料或树脂基复合材料。

6.根据权利要求3所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：空气压缩推进模块包括：压缩推板和压缩气泵；压缩气泵安装于压缩推板上，压缩推板与超导磁悬浮电磁推进模块相连接；

7.根据权利要求6所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：可移动封闭空间中充入的气体为空气、氩气、氮气或者氦气。

8.根据权利要求3所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：阻拦模块包括：阻拦索和阻拦装置，用于运载器发射时阻拦减阻罩。

9.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，其特征在于：所述运载器系统运行方式包含5个阶段，分别为：启动、加速i、变轨、加速ii、发射；启动、加速i、加速ii、发射4个阶段的行程分别用l0、l1、l2、l3表示；变轨阶段的行程半径、变轨角度分别用r、θ表示。

10.一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器发射方法，其特征在于包括：

技术总结
本发明涉及一种磁悬浮电磁推进和空压推进复合的运载器系统，包括：运载器模块、超导磁悬浮电磁推进模块、空气压缩推进模块、真空管道模块、电子控制模块、阻拦模块以及滑轨；真空管道模块中设置有滑轨，超导磁悬浮电磁推进模块用于将运载器模块上浮，离开滑轨表面并获得一定速度，通过空气压缩推进模块将空气内能转变为运载器模块的动能，利用电子控制模块检测运载器模块移动速度，实时调控电磁直线推进功率，保证空气压缩推进与电磁直线推进的有效耦合，使运载器模块获得预定的加速度；真空管道模块的管道出口处设置有阻拦模块。本发明实现了磁悬浮电磁推进和空气压缩推进的复合应用。

技术研发人员：张旭辉,田建东,聂璐,程杨洋,解春雷
受保护的技术使用者：中国航天科技创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21