(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 202211195190.8 (22)申请日 2022.09.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115310210 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　 谭胜　韩秋龙　谷建光　雍子豪　 王一杉　崔朋　王铁兵　 (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) (56)对比文件 CN 112257282 A,2021.01.2 2 CN 112948982 A,2021.0 6.11 CN 114688926 A,202 2.07.01 CN 114688926 A,202 2.07.01 CN 114280934 A,202 2.04.05 CN 114841493 A,202 2.08.02 CN 113758383 A,2021.12.07 US 11276159 B1,202 2.03.15 审查员 张涛 (54)发明名称 垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价 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 箭设计方案评价方法和装置， 属于运载火箭总体 设计技术领域。 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 根据箭体直径、 发动机布局方案和推进剂类型依 次计算基础级最大推力F、 质量 m0； 然后根据级间 比、 火箭结构系数， 以运载能力为优化目标， 以级 间比为优化变量对速度增量方程优化求解； 最后 根据优化结果计算火箭长细比， 并依据长细比是 否符合工程实践为评判标准判定设计方案是否 可行。 本公开对垂直起降重复使用运载火箭首次 提出了适于自动化实现、 简洁高效的设计方案评 价方法， 为垂直起降重复使用运载火箭后续的工 程研制提供了坚实的参 考依据。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115310210 B 2022.12.09 CN 115310210 B 1.一种垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法， 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。 2.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法， 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设计方案评价方法， 其特征在于： 所述发动机台数 n为5、 7或9， 最大直径 d为： 其中D为所述火箭 直径。 4.根据权利要求3所述的垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法， 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设计方案评价方法， 其特征在于： 所述m0=F/(推重比* 重力加速度)。 6.根据权利要求1所述的垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法， 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；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310210 B 2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1 ‑6任一所述的垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价方法， 其特 征在于： 所述评判标准 为所述长细比是否小于20 。 8.一种垂直起降重复使用运载火箭设计方案评价装置， 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， 包括推力计算模块， 质量计算模块， 优化 模块， 长细比计算模块和评价模块， 其中， 推力计算模块用于根据箭体直径、 发动机布局方案和推进剂类型计算基础级最大推力 F； 质量计算模块用于根据所述F计算总质量 m0； 优化模块用于对下式进行优化寻优， 其中， ε为优化变量， mp为优化目标， Δ v为预设的常 量：           （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； 长细比计算模块用于根据优化模块输出的优化结果计算火箭长细比； 评价模块用于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。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 所述电子设备包括： 至少一个处 理器； 以及， 与所述至少一个处理器通信连接的存储器； 其中， 所述存储器存储有可被所述至少一 个处理器执行 的指令， 所述指令被所述至少一个处理器执行， 以使所述至少一个处理器能 够执行权利要求1 ‑7中任一项所述的方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器 执行时使处 理器执行权利要求1 ‑7中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310210 B 3