本發(fa)(fa)明(ming)涉及一種推進(jin)系(xi)統(tong)，更具體地(di)，涉及一種脈沖推進(jin)系(xi)統(tong)。特別地(di)，本發(fa)(fa)明(ming)旨(zhi)在應(ying)用(yong)于航天領域，用(yong)于裝備諸如(ru)衛(wei)星之類(lei)的航天器。

背景技術：

1、迄今為(wei)止，航天推(tui)(tui)(tui)進(jin)基(ji)于作用(yong)力與(yu)反作用(yong)力原(yuan)理。簡單來說，就(jiu)推(tui)(tui)(tui)進(jin)而(er)言，這反映在孤(gu)立系統中的(de)(de)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)守恒(heng)。通常，如果以給定動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)從(cong)(cong)航天器(qi)噴(pen)射氣體，則與(yu)氣體動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)模值相同(tong)但方(fang)向相反的(de)(de)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)將傳遞給該航天器(qi)。在這種情況(kuang)下，需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)物質才能(neng)前進(jin)，因為(wei)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)應(ying)該從(cong)(cong)航天器(qi)中噴(pen)射出去(qu)。推(tui)(tui)(tui)進(jin)系統的(de)(de)效率由一個(ge)(ge)稱(cheng)為(wei)比(bi)沖的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)來衡量(liang)(liang)(liang)，其(qi)單位(wei)是(shi)秒。然而(er)，這個(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)并(bing)不能(neng)代(dai)表一切。事(shi)實(shi)上(shang)，目(mu)前，要(yao)將一顆6噸重(zhong)的(de)(de)通信衛(wei)(wei)星(xing)從(cong)(cong)地球同(tong)步(bu)轉(zhuan)移軌道(dao)(也稱(cheng)為(wei)“gto(geostationary?transfer?orbit)”軌道(dao))轉(zhuan)移到(dao)地球同(tong)步(bu)軌道(dao)(也稱(cheng)為(wei)“geo(geostationary?orbit)”軌道(dao))，使用(yong)化(hua)學(xue)推(tui)(tui)(tui)進(jin)，其(qi)中發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)比(bi)沖持續320秒，需(xu)要(yao)8天時間(jian)，且該衛(wei)(wei)星(xing)上(shang)攜(xie)帶(dai)3噸燃料(liao)。而(er)使用(yong)電推(tui)(tui)(tui)進(jin)，其(qi)中發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)比(bi)沖為(wei)1500秒，需(xu)要(yao)8個(ge)(ge)月(yue)時間(jian)，但只(zhi)需(xu)攜(xie)帶(dai)400公斤燃料(liao)(通常是(shi)氙氣)，使衛(wei)(wei)星(xing)質量(liang)(liang)(liang)降至不到(dao)4噸。

2、換(huan)句話說，當前(qian)的(de)電推進(jin)系統具有高比沖，但推力低，這導致(zhi)任務時間非常長，但發射成本更(geng)低，因為對于給(gei)定任務，燃料(liao)質量遠低于化學(xue)推進(jin)系統。

3、此外，一旦衛(wei)星(無論是什么衛(wei)星)就位，其軌道就是一個平面(mian)(mian)。由(you)于燃料消耗過(guo)多(duo)，目前還不能考慮改變(bian)軌道平面(mian)(mian)。

4、另一方(fang)面，在(zai)極地軌道上飛行的(de)衛星通常有5年的(de)使(shi)用壽命，這個使(shi)用壽命對應于消耗機載燃料所需的(de)時(shi)間。

5、最后，由于(yu)太空(kong)碎片越(yue)來越(yue)多，避障(zhang)機(ji)動(dong)的次數(shu)增加，因(yin)此，低(di)軌(gui)道衛星的使用(yong)壽(shou)命可能會縮短(duan)。

技術實現思路

1、本發明旨在克服上述缺點。

2、為此，本發(fa)明提(ti)供(gong)了一(yi)種推進系統，其包括(kuo)一(yi)個發(fa)動(dong)機，所述發(fa)動(dong)機包括(kuo)一(yi)對平行的縱向(xiang)管，每個縱向(xiang)管包括(kuo)一(yi)個第(di)一(yi)端(duan)和一(yi)個第(di)二端(duan)，并限定(ding)一(yi)個充滿流(liu)體的內部空間。每個縱向(xiang)管包括(kuo)：

3、-一個彈射(she)體，被配置為在內部空(kong)間中縱向(xiang)移動，并固定連接到(dao)一個螺旋槳(jiang)，

4、-一種用于在內部空(kong)間中(zhong)從縱向管的(de)(de)(de)第一端發(fa)射(she)彈(dan)射(she)體的(de)(de)(de)發(fa)射(she)機構，螺旋(xuan)槳被布置成將(jiang)彈(dan)射(she)體的(de)(de)(de)平移運動轉(zhuan)換為旋(xuan)轉(zhuan)運動，

5、-一種(zhong)用于(yu)在(zai)內(nei)部空間中制動(dong)彈射體旋轉的制動(dong)裝(zhuang)置(zhi)，位于(yu)縱向管(guan)的第二端(duan)，

6、-一(yi)種(zhong)用于將彈射體從第(di)二端回(hui)彈到縱(zong)向管(guan)第(di)一(yi)端的(de)回(hui)彈裝置，

7、-一種散熱裝置(zhi)。

8、所述用于(yu)發射彈(dan)(dan)(dan)射體的發射機構和所述用于(yu)回彈(dan)(dan)(dan)彈(dan)(dan)(dan)射體的回彈(dan)(dan)(dan)裝置由至少一(yi)個電(dian)源供(gong)電(dian)。

9、每個(ge)(ge)縱向管在(zai)其內部空間中包括(kuo)一個(ge)(ge)彈射體和一個(ge)(ge)固定連接(jie)到彈射體的螺旋槳。

10、“固定連接”應理解(jie)為彈(dan)射體和螺旋槳之間沒有自由度(du)。

11、位于兩(liang)個縱向(xiang)管中的(de)彈射體的(de)螺旋(xuan)槳反向(xiang)旋(xuan)轉(zhuan)。因(yin)此，當螺旋(xuan)槳旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)，將(jiang)產(chan)生兩(liang)個相同但方向(xiang)相反的(de)角動量，它們大(da)致會相互(hu)抵消。

12、這種(zhong)推(tui)進(jin)(jin)系統(tong)是一(yi)種(zhong)脈沖推(tui)力推(tui)進(jin)(jin)系統(tong)。每次通過發(fa)射機(ji)構(gou)在縱(zong)(zong)向管中(zhong)(zhong)發(fa)射彈射體時，都會向縱(zong)(zong)向管第二端方向給予彈射體一(yi)個動量。在脈沖過程中(zhong)(zhong)，會向縱(zong)(zong)向管、因此向推(tui)進(jin)(jin)系統(tong)施加一(yi)個方向相反的動量，這符合上述作(zuo)用力和(he)反作(zuo)用力原理。

13、優(you)選地，根據本發明的(de)(de)推(tui)進系(xi)統可以將彈射體(ti)的(de)(de)平移(yi)運(yun)(yun)動部(bu)分(fen)(fen)轉(zhuan)換為(wei)(wei)(wei)旋轉(zhuan)運(yun)(yun)動，這(zhe)要歸(gui)功于(yu)流(liu)體(ti)的(de)(de)粘(zhan)度。旋轉(zhuan)運(yun)(yun)動的(de)(de)一部(bu)分(fen)(fen)將由于(yu)流(liu)體(ti)的(de)(de)粘(zhan)度而轉(zhuan)化為(wei)(wei)(wei)熱量，另一部(bu)分(fen)(fen)將根據制動裝置的(de)(de)性質(zhi)轉(zhuan)化為(wei)(wei)(wei)熱量或(huo)電(dian)能。因此，轉(zhuan)化為(wei)(wei)(wei)旋轉(zhuan)的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)不會影響系(xi)統的(de)(de)總縱向動量平衡(heng)。

14、在給(gei)定時刻(ke)，彈射(she)體(ti)具(ju)有朝向(xiang)(xiang)第二(er)端的(de)(de)(de)非零(ling)平(ping)移(yi)(yi)(yi)速度(du)。因(yin)此，它將遇到流(liu)體(ti)分(fen)子，螺旋槳(jiang)將把部分(fen)平(ping)移(yi)(yi)(yi)能(neng)量(liang)(liang)轉化為彈射(she)體(ti)的(de)(de)(de)旋轉能(neng)量(liang)(liang)。在行程結束時，在縱(zong)向(xiang)(xiang)管(guan)的(de)(de)(de)第二(er)端，彈射(she)體(ti)可能(neng)不(bu)(bu)再具(ju)有任(ren)何(he)平(ping)移(yi)(yi)(yi)速度(du)，但具(ju)有旋轉速度(du)。如果我們(men)應用(yong)動(dong)量(liang)(liang)守(shou)恒(heng)原(yuan)理，角動(dong)量(liang)(liang)也應該(gai)守(shou)恒(heng)。然而(er)，是縱(zong)向(xiang)(xiang)管(guan)內部空間中(zhong)包含的(de)(de)(de)流(liu)體(ti)而(er)不(bu)(bu)是縱(zong)向(xiang)(xiang)管(guan)本身使螺旋槳(jiang)和彈射(she)體(ti)運動(dong)。因(yin)此，我們(men)會(hui)有一(yi)個(ge)平(ping)移(yi)(yi)(yi)動(dong)量(liang)(liang)守(shou)恒(heng)的(de)(de)(de)系統，即不(bu)(bu)可移(yi)(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)(de)系統，但具(ju)有非零(ling)角動(dong)量(liang)(liang)。因(yin)此，在我們(men)的(de)(de)(de)情況下(xia)，由(you)于系統不(bu)(bu)是孤(gu)立的(de)(de)(de)，孤(gu)立系統中(zhong)的(de)(de)(de)動(dong)量(liang)(liang)守(shou)恒(heng)原(yuan)理不(bu)(bu)適(shi)用(yong)。

15、此外，在每個縱向管中，彈射體在內(nei)部空(kong)間中運動期(qi)間產生的熱(re)(re)量通過散(san)熱(re)(re)裝(zhuang)置(zhi)排出。因此，散(san)熱(re)(re)裝(zhuang)置(zhi)的使用表明推進系(xi)統不(bu)像孤立系(xi)統那樣工作。

16、縱向管(體(ti)積、長(chang)度)、彈(dan)射體(ti)質量和(he)施加在彈(dan)射體(ti)上的(de)脈(mo)沖被(bei)設計(ji)成使得在每個縱向管中，彈(dan)射體(ti)的(de)平移(yi)運動(dong)在縱向管的(de)第(di)二端停(ting)止。

17、優選(xuan)地，回彈裝(zhuang)置允許將彈射(she)體從第二端回彈到縱向管的第一端，以便再次發射(she)。

18、優選地，根(gen)據本發明的(de)(de)推進(jin)系統是一種具有完全被動和耗(hao)散反作(zuo)用質量的(de)(de)推進(jin)系統，其中每個彈(dan)(dan)射體及其螺(luo)旋槳作(zuo)為(wei)反作(zuo)用質量，并(bing)被配(pei)置為(wei)在其所在的(de)(de)縱(zong)向管(guan)的(de)(de)內部空間中自由和被動地移(yi)動。螺(luo)旋槳被布(bu)置成通過與縱(zong)向管(guan)內部空間中包含的(de)(de)流體的(de)(de)被動和耗(hao)散相互作(zuo)用，將彈(dan)(dan)射體的(de)(de)平(ping)移(yi)運(yun)動轉換為(wei)旋轉運(yun)動。

19、在特(te)定實施(shi)例中，本發(fa)明還具有以下特(te)征(zheng)，這(zhe)些特(te)征(zheng)可(ke)以單(dan)獨實施(shi)或以技(ji)術上可(ke)操(cao)作的任何組(zu)合(he)實施(shi)。

20、在本發明的特定實施例(li)中(zhong)，為了避免(mian)彈(dan)射(she)體(ti)與縱向管接觸，每個縱向管包括一個用于在內部空間(jian)中(zhong)保持彈(dan)射(she)體(ti)的保持裝(zhuang)置(zhi)。

21、在本發明的特(te)定(ding)實施例(li)中(zhong)，用于保持(chi)彈射體的保持(chi)裝置包括至少一個(ge)在彈射體和縱向管之(zhi)間(jian)延(yan)伸的連接臂。

22、在本發明的特定實施例中(zhong)，為了不妨礙彈(dan)射體在縱向管中(zhong)運動期間的旋轉，保持裝置和(he)彈(dan)射體通(tong)過一個樞軸連接相連。

23、在本發(fa)明的(de)特定(ding)實施例中，為了(le)引(yin)導彈射體，每個縱向(xiang)管包括一個用于在內部空(kong)間中引(yin)導彈射體平(ping)移的(de)導向(xiang)裝置(zhi)。

24、在(zai)本發明的(de)特定(ding)實施例中，用(yong)于(yu)引導(dao)彈射體(ti)平移的(de)導(dao)向裝置(zhi)與(yu)用(yong)于(yu)保持彈射體(ti)的(de)保持裝置(zhi)配合。

25、在本發明的(de)特(te)定實(shi)施例中，同一電源(yuan)被(bei)配置(zhi)為(wei)為(wei)至(zhi)少一個縱向管的(de)用于發射(she)彈射(she)體的(de)發射(she)機(ji)構(gou)和用于回(hui)彈彈射(she)體的(de)回(hui)彈裝(zhuang)置(zhi)供電。

26、在本發明的(de)(de)特定實施例(li)中，推進系統(tong)包括一(yi)個傾斜裝置(zhi)，被配置(zhi)為使兩(liang)個縱(zong)向(xiang)管(guan)中的(de)(de)每一(yi)個獨(du)立地圍繞一(yi)個平行的(de)(de)相應的(de)(de)樞(shu)軸(zhou)軸(zhou)線樞(shu)轉，優選(xuan)地樞(shu)轉約90°，方(fang)向(xiang)相反。只有當彈(dan)(dan)射體到達縱(zong)向(xiang)管(guan)的(de)(de)第(di)二端時(shi)，才激活該傾斜裝置(zhi)，以加速彈(dan)(dan)射體通過回(hui)彈(dan)(dan)裝置(zhi)向(xiang)縱(zong)向(xiang)管(guan)的(de)(de)第(di)一(yi)端回(hui)彈(dan)(dan)。

27、在特定配置中，為了增加推進系統(tong)(tong)在同(tong)一(yi)方(fang)向上的(de)推力，所述(shu)推進系統(tong)(tong)包括多對平(ping)行(xing)的(de)縱向管，這些(xie)對彼此平(ping)行(xing)布(bu)置。

28、本發明還涉及一(yi)種(zhong)裝置(zhi)，特(te)別是(shi)一(yi)種(zhong)航(hang)天(tian)器(qi)，其(qi)(qi)包括根據(ju)其(qi)(qi)至少一(yi)個實(shi)施(shi)例的(de)推(tui)(tui)(tui)進(jin)(jin)系(xi)統。配備這(zhe)種(zhong)推(tui)(tui)(tui)進(jin)(jin)系(xi)統的(de)航(hang)天(tian)器(qi)與配備常規(gui)化學或電推(tui)(tui)(tui)進(jin)(jin)系(xi)統的(de)航(hang)天(tian)器(qi)相比，對于給定軌(gui)道(dao)，其(qi)(qi)飛行(xing)時間會減少，且無需(xu)消耗燃料。

1.一(yi)種(zhong)推進系統(tong)，其包(bao)(bao)括一(yi)個(ge)發動機(ji)，所(suo)述(shu)發動機(ji)包(bao)(bao)括一(yi)對平行(xing)的(de)縱向(xiang)管(guan)(100)，每個(ge)所(suo)述(shu)縱向(xiang)管(guan)(100)包(bao)(bao)括一(yi)個(ge)第一(yi)端(duan)(10)和一(yi)個(ge)第二端(duan)(11)，并限定一(yi)個(ge)充滿流體(ti)的(de)內部空間(jian)(12)，每個(ge)所(suo)述(shu)縱向(xiang)管(guan)(100)包(bao)(bao)括：

2.根據權利要求1所述(shu)的(de)推進(jin)系統(tong)，其中每個所述(shu)縱向管(guan)(100)包括一個用于在(zai)所述(shu)內部(bu)空間(12)中保持所述(shu)彈射體的(de)保持裝置(zhi)(300)。

3.根(gen)據權利要求2所(suo)述(shu)的推(tui)進系統，其中所(suo)述(shu)用于保(bao)持(chi)所(suo)述(shu)彈(dan)射(she)體的保(bao)持(chi)裝置(300)包括至少一個在所(suo)述(shu)彈(dan)射(she)體(200)和所(suo)述(shu)縱(zong)向管(100)之(zhi)間延(yan)伸(shen)的連接(jie)臂(bei)(301)。

4.根據權利要求2或3所(suo)(suo)(suo)述的推(tui)進系(xi)統(tong)，其中所(suo)(suo)(suo)述保持裝置(zhi)(300)和所(suo)(suo)(suo)述彈(dan)射體(200)通(tong)過一(yi)個樞軸連(lian)接相連(lian)。

5.根據(ju)前述權利要(yao)求中(zhong)(zhong)任一項所述的推進(jin)系(xi)統，其中(zhong)(zhong)每個所述縱(zong)向管(guan)(100)包(bao)括一個用于在(zai)所述內部空(kong)間(12)中(zhong)(zhong)引導所述彈射體平移的導向裝置(400)。

6.根據權利要求5和權利要求2至4中(zhong)任一項所(suo)述(shu)的推進(jin)系統，其中(zhong)所(suo)述(shu)用于引(yin)導所(suo)述(shu)彈射體(200)平移的導向(xiang)裝(zhuang)(zhuang)置(400)與所(suo)述(shu)用于保持(chi)所(suo)述(shu)彈射體的保持(chi)裝(zhuang)(zhuang)置(300)配合。

7.根據前述權利要求(qiu)中(zhong)(zhong)任一項所(suo)述的(de)推進系(xi)統(tong)，其中(zhong)(zhong)同一電源被配(pei)置(zhi)為(wei)為(wei)至少一個所(suo)述縱向管(100)的(de)所(suo)述用于(yu)發(fa)(fa)射(she)所(suo)述彈(dan)射(she)體(ti)(200)的(de)發(fa)(fa)射(she)機構(gou)和所(suo)述用于(yu)回(hui)彈(dan)所(suo)述彈(dan)射(she)體(ti)(200)的(de)回(hui)彈(dan)裝置(zhi)供電。

8.根據前述權利要求中(zhong)任一(yi)項(xiang)所述的(de)推進(jin)系統，其包括一(yi)個(ge)傾斜裝置(zhi)，被配置(zhi)為使兩個(ge)所述縱向管(100)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)獨立地圍繞一(yi)個(ge)平行的(de)相應的(de)樞軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線樞轉。

9.根(gen)據前(qian)述權利要求中任一項所述的(de)推進系統，其包(bao)括多對平行(xing)的(de)縱(zong)向管(100)，所述多對縱(zong)向管彼此平行(xing)布置。

10.一種航(hang)天(tian)器，其包括根據(ju)前述(shu)權利要求中任一項所述(shu)的推進系統。