本發(fā)明涉及浮式建筑物，特別是涉及一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、海上發(fā)射平臺(tái)是服務(wù)于火箭海上發(fā)射的重要設(shè)施，海上發(fā)射相比陸地發(fā)射具有以下優(yōu)勢(shì)：1、海上發(fā)射遠(yuǎn)離居住區(qū)，不受安全性限制，且可對(duì)火箭回收；2、發(fā)射地點(diǎn)可選范圍大，在赤道附近公海發(fā)射，節(jié)省燃料，入軌準(zhǔn)確。

2、海上火箭發(fā)射可以在駁船或海上平臺(tái)上進(jìn)行。前者的典型案例是東方航天港號(hào)海上發(fā)射船，而后者的典型案例是奧德賽海上發(fā)射平臺(tái)。前者在使用上更為靈活（不需要拖船），而后者成本容易壓到很低的水平。但無論是哪種發(fā)射方式，都面臨著火箭導(dǎo)流困難的問題?；鸺撞客ǔ２豢紤]氣動(dòng)加熱，因此除了噴嘴之外的部位是不耐火的，需要把火箭尾焰導(dǎo)出以免火箭底部淹沒在尾焰中。海上發(fā)射時(shí)導(dǎo)流槽中的耐火材料燒蝕狀況遠(yuǎn)比陸地上嚴(yán)重，在發(fā)射時(shí)導(dǎo)流槽的尾焰出口會(huì)噴出漫天的耐火磚，需要花很多時(shí)間對(duì)耐火材料進(jìn)行打磨、清洗、更換。

3、導(dǎo)流槽中的耐火材料燒蝕嚴(yán)重，主要有兩方面的因素：

4、一、海上發(fā)射時(shí)導(dǎo)流方向是燒蝕最嚴(yán)重的一個(gè)方向：

5、在海上發(fā)射火箭導(dǎo)流的時(shí)候可以將尾焰水平導(dǎo)流、向下導(dǎo)流、或向上導(dǎo)流，但向下導(dǎo)流的話，尾焰會(huì)攪動(dòng)大面積海水，給發(fā)射駁船或發(fā)射平臺(tái)帶來安全問題。因此現(xiàn)有技術(shù)中要么水平導(dǎo)流，要么向上導(dǎo)流。在水平導(dǎo)流的時(shí)候，為避免導(dǎo)出的尾焰灼燒發(fā)射駁船的船體/發(fā)射平臺(tái)的浮筒，需要在邊沿位置發(fā)射，并將尾焰導(dǎo)向空曠的海面。但這樣在發(fā)射的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致駁船/平臺(tái)重心不平衡，容易出事故且發(fā)射的火箭尺寸受限。以奧德賽海上發(fā)射平臺(tái)為例，其作為無動(dòng)力且無水密艙的海上平臺(tái)（不需要被動(dòng)力系統(tǒng)及水密艙擠占空間和噸位），允許發(fā)射的火箭噸位比更輕更小的東方航天港號(hào)駁船的火箭噸位還小，同時(shí)僅32次發(fā)射就出了兩次事故。因此向上導(dǎo)流幾乎成了海上火箭發(fā)射導(dǎo)流時(shí)的唯一選擇。但向上導(dǎo)流時(shí)，火箭尾焰流需要由向下兩次90度轉(zhuǎn)彎變?yōu)橄蛏?，換向的過程對(duì)兩個(gè)彎頭位置均形成嚴(yán)重的沖刷與燒蝕。

6、二、海上發(fā)射時(shí)火箭導(dǎo)流槽的高溫幾乎全靠耐火材料硬扛：

7、在陸地上發(fā)射時(shí)，可以挖掘超大尺寸的導(dǎo)流槽來分散尾焰，并配備超大流量的噴淋設(shè)施來降溫。但在海上發(fā)射時(shí)由于噸位和供電限制，導(dǎo)流槽和噴淋設(shè)施的尺寸受限，火箭導(dǎo)流槽的高溫幾乎全靠耐火材料硬扛。

8、以上因素導(dǎo)致了海上火箭發(fā)射后需要消耗大量時(shí)間和人力進(jìn)行維護(hù)，而考慮到駁船/海上平臺(tái)并不像陸地上那么平穩(wěn)且便于場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)物料，維護(hù)工作更為困難。而海上發(fā)射的一大目的是為了滿足星網(wǎng)等超大量低軌衛(wèi)星的緊急發(fā)射需求（星網(wǎng)是我國(guó)類似于星鏈的低軌網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星，軌道資源緊張），發(fā)射平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)是嚴(yán)重不利的。

9、海上也存在一些利于發(fā)射的條件，海水幾乎是無窮無盡的，可以用于冷卻吸熱。海上發(fā)射的時(shí)候也會(huì)像陸上發(fā)射那樣在導(dǎo)流槽中放一些水。但由于火箭導(dǎo)流槽在火箭發(fā)射的時(shí)候內(nèi)部帶壓，水很難補(bǔ)充進(jìn)導(dǎo)流槽中。同時(shí)由于導(dǎo)流槽尺寸更小，一開始儲(chǔ)存的水量也較少并很快就被吹掃出來，不能有效進(jìn)行降溫。雖然在火箭離開發(fā)射平臺(tái)后可對(duì)導(dǎo)流槽進(jìn)行噴淋降溫，但此時(shí)導(dǎo)流槽中的耐火材料已被燒蝕。

10、發(fā)明人在cfd模擬中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流槽的上半部分所受的沖刷與燒蝕相對(duì)較輕，實(shí)地調(diào)研的結(jié)果證實(shí)了這一結(jié)論。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地及其使用方法。

2、解決的技術(shù)問題是：海上發(fā)射時(shí)，火箭導(dǎo)流槽中的耐火材料燒蝕狀況遠(yuǎn)比陸地上嚴(yán)重，同時(shí)由于場(chǎng)地不平穩(wěn)且不便于場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)物料，維護(hù)工作更為困難。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地，包括依靠浮筒調(diào)節(jié)吃水深度并依靠波浪能發(fā)電裝置為基地供電的海上綜合平臺(tái)、設(shè)置在海上綜合平臺(tái)中部的跟隨式水池、設(shè)置在跟隨式水池底部中心的發(fā)射臺(tái)、設(shè)置在發(fā)射臺(tái)下方的儲(chǔ)水導(dǎo)流槽、以及設(shè)置在儲(chǔ)水導(dǎo)流槽的排焰口兩側(cè)的槽出口內(nèi)壩和槽出口外壩；

4、所述跟隨式水池為橫截面自上而下逐漸變大的棱臺(tái)或圓臺(tái)狀水池，水池側(cè)壁設(shè)置有用于向水池中放水的進(jìn)水閥，水池底部設(shè)置有用于在發(fā)射后排出跟隨式水池中的積水的排水閥；

5、所述排焰口自發(fā)射臺(tái)起向上以及向下的橫截面均逐漸變大，排焰口橫截面最小的位置記作文丘里喉頸，所述槽出口外壩底部與跟隨式水池之間的縫隙記作吸水口，所述吸水口與文丘里喉頸相鄰，并用于供沿跟隨式水池側(cè)壁流下的海水被文丘里喉頸位置的負(fù)壓吸入儲(chǔ)水導(dǎo)流槽；

6、所述跟隨式水池、發(fā)射臺(tái)、以及儲(chǔ)水導(dǎo)流槽與火箭尾焰接觸的位置均覆蓋有耐火材料，所述槽出口內(nèi)壩以及槽出口外壩均由耐火材料制成；

7、在發(fā)射臺(tái)上的火箭剛點(diǎn)火的狀態(tài)下，所述海上發(fā)射回收基地滿足以下條件：

8、條件1：海上綜合平臺(tái)半潛且進(jìn)水閥位于海平面下；

9、條件2：進(jìn)水閥處于開啟狀態(tài)，排水閥處于關(guān)閉狀態(tài)；

10、條件3：進(jìn)水閥與儲(chǔ)水導(dǎo)流槽之間已建立穩(wěn)定流，穩(wěn)定流覆蓋跟隨式水池位于進(jìn)水閥以下的壁面，且穩(wěn)定流的流量不小于儲(chǔ)水導(dǎo)流槽的最大蒸發(fā)量；

11、條件4：儲(chǔ)水導(dǎo)流槽內(nèi)有積水但未完全充滿，液位記作h，海水密度記作ρ，重力加速度記作g，ρgh不小于水面位置火箭尾焰的最大壓強(qiáng)。

12、進(jìn)一步，所述進(jìn)水閥和排水閥均為自動(dòng)閥，進(jìn)水閥設(shè)置在火箭尾焰掃過的范圍外且入口帶有用于攔截海洋生物的鋼絲網(wǎng)，排水閥設(shè)置在跟隨式水池底部邊沿的尾焰死區(qū)內(nèi)。

13、進(jìn)一步，條件3中，所述穩(wěn)定流的最小質(zhì)量流量q采用以下方式確定：

14、海水溫度和海平面壓強(qiáng)下，單位質(zhì)量的水蒸發(fā)為沸點(diǎn)溫度下的蒸汽的焓變記作δhw；

15、待發(fā)射的火箭中，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率記作fl，單位質(zhì)量液體火箭推進(jìn)劑的反應(yīng)熱記作δhl，火箭點(diǎn)火后推進(jìn)劑的質(zhì)量流量記作ql；

16、待發(fā)射的火箭中，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率記作fs，單位質(zhì)量固體火箭推進(jìn)劑的反應(yīng)熱記作δhs，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)長(zhǎng)記作t，固體火箭推進(jìn)劑總質(zhì)量記作m；

17、q=[(1-fl)×δhl×ql+(1-fs)×δhs×m/t]/δhw。

18、進(jìn)一步，所述跟隨式水池為鋼質(zhì)水池，所述海上綜合平臺(tái)自下而上依次包括浮筒、網(wǎng)架平臺(tái)、以及平臺(tái)板，所述鋼質(zhì)水池鑲嵌在網(wǎng)架平臺(tái)中并與網(wǎng)架平臺(tái)焊接連接，并與犧牲陽極電連接。

19、進(jìn)一步，所述跟隨式水池、發(fā)射臺(tái)、以及儲(chǔ)水導(dǎo)流槽與火箭尾焰接觸的位置均覆蓋有耐火鋼筋混凝土，所述槽出口內(nèi)壩以及槽出口外壩均由耐火鋼筋混凝土制成，且耐火鋼筋混凝土中的鋼筋與跟隨式水池焊接連接；

20、所述跟隨式水池的耐火鋼筋混凝土表面以及發(fā)射臺(tái)的耐火鋼筋混凝土表面還鋪有浸水的石棉墊，耐火鋼筋混凝土中的鋼筋向外甩出并掛住石棉墊。

21、進(jìn)一步，所述槽出口外壩以及槽出口內(nèi)壩繞發(fā)射臺(tái)一周設(shè)置并向外傾斜，槽出口外壩的高度至少為槽出口內(nèi)壩的三倍。

22、進(jìn)一步，所述跟隨式水池邊沿設(shè)置有用于將火箭吊到發(fā)射臺(tái)上的塔架或龍門吊。

23、一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地的使用方法，采用上述的一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地來在海上發(fā)射火箭，并包括以下步驟：

24、步驟一：將海上發(fā)射回收基地移動(dòng)到發(fā)射海域；

25、步驟二：調(diào)整海上綜合平臺(tái)吃水深度，使其半潛且進(jìn)水閥位于海平面下；

26、步驟三：調(diào)平發(fā)射平臺(tái)，然后將火箭吊到發(fā)射平臺(tái)上，加注燃料；

27、步驟四：開啟進(jìn)水閥，關(guān)閉排水閥，向儲(chǔ)水導(dǎo)流槽中放水，待儲(chǔ)水導(dǎo)流槽中液位滿足條件4，火箭點(diǎn)火，同時(shí)跟隨式水池中的液位不斷上升；

28、步驟五：火箭發(fā)射后，跟隨式水池繼續(xù)進(jìn)水，直至所有被火箭尾焰觸及過的位置被海水淹沒，關(guān)閉進(jìn)水閥；

29、步驟六：調(diào)整海上綜合平臺(tái)吃水深度，使跟隨式水池底部高于海面，打開排水閥放空跟隨式水池中的積水，并利用余熱蒸干水漬。

30、本發(fā)明一種易維護(hù)的自給能源型海上發(fā)射回收基地及其使用方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

31、本發(fā)明中，在海上綜合平臺(tái)中部的跟隨式水池中發(fā)射火箭，發(fā)射的時(shí)候把水池降到海面下，利用重力排水的方式（冷卻所需的流量非常大，這種方式可以在無法配備大型抽水設(shè)備的前提下滿足流量需求，且水流均勻）使水池內(nèi)壁被穩(wěn)定流覆蓋且穩(wěn)定流最終匯聚于水池底部，并利用調(diào)整形狀后的導(dǎo)流槽排焰口形成負(fù)壓，將水吸入儲(chǔ)水導(dǎo)流槽，且被尾焰吹掃到儲(chǔ)水導(dǎo)流槽外的水也會(huì)再次返回，并控制液位使得火焰尾焰吹掃海水后不會(huì)使水池底部露出，從而使得儲(chǔ)水導(dǎo)流槽底部燒蝕嚴(yán)重的位置一直被水淹沒且液位不斷上升，不會(huì)因?yàn)閲?yán)重?zé)g而導(dǎo)致后續(xù)需要消耗大量時(shí)間和人力進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)穩(wěn)定流和上升的液位對(duì)已與尾焰接觸過的位置進(jìn)行冷卻和沖洗，發(fā)射后幾乎不需要任何維護(hù)就可進(jìn)行再次發(fā)射；

32、本發(fā)明中，相同噸位下，作為基礎(chǔ)的海上綜合平臺(tái)抗風(fēng)浪能力更好，能更好地承受火箭發(fā)射與回收過程中的瞬時(shí)沖擊，成本也更低。同時(shí)還可以利用現(xiàn)有的波浪能發(fā)電平臺(tái)，在無發(fā)射或回收任務(wù)的時(shí)候避免閑置，從而進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益。