專(zhuān)利名稱(chēng):增強(qiáng)火箭推進(jìn)力的設(shè)計(jì)的制作方法
增強(qiáng)火箭推進(jìn)力的設(shè)計(jì)
1、技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)火箭推進(jìn)力的設(shè)計(jì)，能實(shí)質(zhì)性地增加火箭的速度和射程，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，大大地降低重量及燃料消耗，屬火箭推進(jìn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火箭的應(yīng)用很廣乏，但大部份使用在軍事方面，從常規(guī)意義上講，火箭按它的原理 和發(fā)射時(shí)推進(jìn)的能量來(lái)源，可以分成“自行推行劑”類(lèi)型和外部推進(jìn)來(lái)源兩種，前者推進(jìn)器 在火箭內(nèi)部，用放出高度壓縮氣體產(chǎn)生非常高的速度，推動(dòng)火箭向前運(yùn)動(dòng)，由于推進(jìn)劑僅能 為火箭提供一種相當(dāng)有限的加速過(guò)程，所以打擊的距離相當(dāng)有限；后者火箭是被外加發(fā)射 裝置來(lái)推動(dòng)，此裝置也是用高度壓縮氣體或者受控燃的胍沖來(lái)推動(dòng)，一般都是擁有相當(dāng)高 程度的加速過(guò)程，所以打擊距離可以很遠(yuǎn)。以上兩種都涉及整個(gè)發(fā)射和打擊過(guò)程的精確控 制和監(jiān)控，需要有十分復(fù)雜的設(shè)備和合格的技術(shù)人員，在發(fā)射使用過(guò)程中充滿了潛在的危 險(xiǎn)后果，使操作過(guò)程極其昂貴，并且有局限性，一般人和機(jī)構(gòu)是無(wú)法問(wèn)津的。因而，在更加有 效的推進(jìn)方法上，低成本價(jià)和操作方便上，一直是科研人員努力追求的目標(biāo)。
猛炸藥在地面不可能作推力的用途，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)周?chē)矬w和人員造成災(zāi)難性的后 果。但我們可以看到如果在高空作氣體爆轟就會(huì)在周?chē)諝庾枇ο聭?yīng)力波很快消失，對(duì)下 面物體和人員不會(huì)造成任何損害。例如自然界一個(gè)最小的雷電空氣爆轟也有相當(dāng)一個(gè)2 萬(wàn)噸TNT當(dāng)量噸級(jí)的廣島原子彈的能量，但下面人和物體是安全無(wú)恙的，因?yàn)樗畹碗x地 在200M以上。因此，如果我們只作十公斤到幾百上千公斤的猛炸藥裝在彈筒中在高空中作 氣體爆轟，那么它既產(chǎn)生推力又能保證地面是絕對(duì)安全的，當(dāng)然這彈筒必須是輕質(zhì)的不會(huì) 粉碎性的材料(如納米碳纖維樹(shù)脂等)這就是本發(fā)明思路的基礎(chǔ)。
本發(fā)明提供一種用多節(jié)段可任意組合拆裝的“猛炸藥彈筒”來(lái)發(fā)射火箭的方法，彈 筒內(nèi)猛炸藥在高空中爆轟產(chǎn)生的均勻規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)的氣體爆轟波，能安全地發(fā)揮超過(guò)任 何推力火藥千百倍的推進(jìn)威力、組合的多個(gè)彈筒節(jié)段可以任意按需增減達(dá)到任何各種超遠(yuǎn) 距離，而彈頭外殼的翼片和彈頭內(nèi)GPS、慣性導(dǎo)航等裝置，保證彈頭精確前進(jìn)方向。它體積 小、重量輕、成本低廉、發(fā)射便捷，有極高的機(jī)動(dòng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提出一種用模塊化多節(jié)段“猛炸藥彈筒來(lái)代替常規(guī)沉重又結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，價(jià)格昂貴的固體或液體推力發(fā)動(dòng)機(jī)，使推進(jìn)部達(dá)到模塊化任需組合的程度。
本發(fā)明的是這樣實(shí)現(xiàn)的
—種彈筒火箭由前部彈頭，中部是一節(jié)或多節(jié)猛炸藥彈筒，未部是“常規(guī)推力火藥 起始助推器”共三部份組成，彈頭內(nèi)除放置必需的物品外，還有制導(dǎo)控制裝置；彈筒外周結(jié) 構(gòu)由三個(gè)組成部份，上是中厚邊較簿的彈筒頂板，也即是上一節(jié)彈筒的底板，中是筒圈，下 是彈筒底板，也即是下面一節(jié)的頂板，三個(gè)相互由較淺的螺紋相互旋合連接，可以在爆轟波 (應(yīng)力波)作用下旋合處相互滑脫，最后剩下頂板接受推力將前部推進(jìn)。彈筒腔內(nèi)有猛炸藥和填料，各節(jié)彈筒由“時(shí)差擊發(fā)裝置”發(fā)出電線聯(lián)系，按預(yù)先確定的時(shí)差控制，逐節(jié)引爆筒內(nèi) 猛炸藥，一般是相隔0. 1-1秒之間。
彈筒用合成材料制成，如納米碳纖維樹(shù)脂類(lèi)，它比鋼強(qiáng)度高70倍而重量只是鋼 的1/7，絕熱好，耐高溫在2000°C以上，拉伸模量為310GPa以上，而TNT的爆壓為19GPa， RDX (黑索金)為 33.8GPa。
彈筒內(nèi)置猛炸藥如TNT或B炸藥(TNT35%+RDX65%)等，可以是球形或柱形，球形 藥球有垂直接觸入射和成角滑移入射的二種計(jì)算而柱形藥柱主要是垂直入射計(jì)算。若以球 形的TNT而論，其飽和裝藥密度以1. 7g/cm3計(jì)(一般是1. 65g/cm3)若100kg藥量其體積W =58823cm3，其直經(jīng) D=2R=2 X 3l3w/^ =2X i/3 X 58823/3.14=2 X 3j56200=76.8cm,
加上彈筒圈厚度，彈筒總直徑大致只有l(wèi)m左右，如果猛炸藥制成圓柱形的話，彈筒直徑還 可以更細(xì)長(zhǎng)些。
彈筒內(nèi)猛炸藥爆轟時(shí)，TNT從中心7. 4微秒量間內(nèi)完成，應(yīng)力波在幾微秒內(nèi)在傳到 筒壁內(nèi)面發(fā)生折射，是一個(gè)筒壁加速、變形破壞的過(guò)程，同時(shí)也是個(gè)能量積聚的過(guò)程，這對(duì) 藥筒頂板推力的增量是有好處的，稱(chēng)為“筒壁效應(yīng)”，合成材料越強(qiáng)制成的筒壁越厚，其效應(yīng) 的增值也就越大。
“常規(guī)推力火藥起始助推器”是現(xiàn)有通用技術(shù)，本文就不作贅述。
一個(gè)發(fā)明的成立必須能表現(xiàn)出它的創(chuàng)新性和實(shí)用性，與同類(lèi)產(chǎn)品的比較中具有高 效、簡(jiǎn)化、方便、低價(jià)的優(yōu)越性。
用兩個(gè)對(duì)比例子作較粗糙的基本的數(shù)理計(jì)算說(shuō)明本發(fā)明所具有的優(yōu)越性
比較例一
這里用作推力部的“猛炸藥彈筒”只一節(jié)，彈筒內(nèi)有TNT炸藥50kg，外加筒體重也 以50kg計(jì)，則一節(jié)彈筒重100kg。彈頭同樣是150kg。先用“常規(guī)推力火藥助推器”將重量 250kg的火箭送到300m高空后，接著時(shí)差擊發(fā)裝置引爆彈筒。助推器被彈筒爆轟所推離，其 本身重量和推增量可暫不作計(jì)算在內(nèi)。
按照齊奧爾科夫斯基(以下稱(chēng)齊氏)的火箭速度公式
V1 = 2. 3VrLg(l+Mf/Ms)
在齊氏公式中Mf為燃料質(zhì)量，這是猛炸藥TNT的質(zhì)量50kg。炸后即離毀而不同行 的彈筒殼50kg在單節(jié)彈筒中是可以不計(jì)算在內(nèi)的。
Ms為燃料燒完量火箭殼的質(zhì)量，這里即是彈頭150kg的重量。
為火箭噴射終了時(shí)的速度，這里即是爆轟波作用火箭彈頭所得的速度。
t原為推力火藥燃燒終了時(shí)的氣體噴射末速度，這里即是猛炸藥爆轟波的速度， TNT爆速為7000m/s，如果用B炸藥(TNTO. 4+RDX0. 6)爆速在8000m/s以上。
在齊氏公式中提高Vr比提高M(jìn)f/Ms更為有效[0024]彈筒火箭射速
V1 = 2. 3 '7000XLG(150+50)/150 = 16100 'Lgl. 333 = 16100 ·0· 1249 = 2010. 9m/
s
彈筒火箭射高設(shè)α =
H = (V12/2g) ‘ Sin2 α = [(2010.9)7(2X9.8)] ‘ Sin245 ° = (4044121/19.6) · (0.7)2
= 101103m
彈筒火箭射遠(yuǎn)
S = (V1Vg) Sin 2a = (2010. 9/9. 8) · 2Sin α .Cosa = (4044121/9. 8) · 0. 98
· 404412. Im = 404km
由此可見(jiàn)，所對(duì)比的兩種方法，同樣都是推進(jìn)重150kg的彈頭，原發(fā)射“衛(wèi)士”火箭 推力部總重575kg，這里的彈筒火箭只有60kg，但射速是“衛(wèi)士”的1. 5倍，射遠(yuǎn)是“衛(wèi)士”的 2. 2 倍。
如果用兩節(jié)炸藥彈筒，用“時(shí)差擊發(fā)裝置”從“常規(guī)推力火藥起始助推器”推力結(jié) 束，到達(dá)300m以上，每隔0. 1秒引爆1個(gè)彈筒，則
第一節(jié)Va = 2. 3 X 7000 X Lg (150+50+100)/250 = 16100XLgl. 2 = 16100X0. 0792 = 1275. lm/s
第二節(jié)Vb = 2. 3 X 7000 X Lg (150+50)/150 = 2010. 9m/s
得最后火箭V = Va+Vb = 1275. 1+2010. 9 = 3286m/s
射程S= (V2/g · Sin2a = [(3286)2/9· 8] XSin2a = 1079779. 6m = 1080km
由此可見(jiàn)，再增加了一個(gè)彈筒，推力部總重不過(guò)200kg，只是原衛(wèi)士火箭推力部總 重約1/3，而射速卻大2. 5倍，射程遠(yuǎn)6倍，達(dá)到中程導(dǎo)彈的一千公里以上的要求。
這些計(jì)算當(dāng)然以純真空環(huán)境下理論性計(jì)算，實(shí)際上空氣阻力產(chǎn)生的“垂直漸近線” 都沒(méi)有考慮在內(nèi)。但因?yàn)樗纳涓叽螅够鸺蟛糠輹r(shí)間都在20km以上高的同溫層以上真 空中飛行，空氣阻的影響是極小的。0. 1秒間隔的胍沖式爆轟，地球引力的影響可以忽略不 計(jì)?？偹俣瓤蓪晒?jié)分別產(chǎn)生的速度作簡(jiǎn)單相加。如果3節(jié)、4節(jié)彈筒以上加上制導(dǎo)裝置作 遠(yuǎn)程和洲際導(dǎo)彈使用是完全可以的。加上它重量輕，模塊化式彈筒組合方便，成本低廉(只 是常規(guī)導(dǎo)彈的上千分之一)可以像炮彈般作遠(yuǎn)程集團(tuán)性的轟擊，而所謂昂貴而只是單個(gè)對(duì) 抗的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)NMD將完全處于無(wú)法應(yīng)付的地位。
比較例二
也先是用常規(guī)推力火藥把整個(gè)火箭推出300m高的空中。然后以時(shí)差擊發(fā)裝置遂 一引爆“猛炸藥彈筒”共有2個(gè)彈筒，每筒內(nèi)有TNTlOOkg外加筒體也是100kg，每個(gè)彈筒重200kg。彈頭(衛(wèi)星)同樣是300kg，射高至400km的太空中，其速度計(jì)算。
第一筒V1 = 2. 3 X 7000 X Lg (300+200+100) /300 = 16100 X Lgl. 2 = 1275. lm/s
第二筒V2 = 2. 3 X 7000 X Lg (300+100) /300 = 16100Lgl. 333 = 2010. 9m/s
V = V^V2 = 1275. 1+2010. 9 = 3286M/S
速度射高為H = [(3286)72 · 98] · Sin290° = 550908m(550. 9km)
由此可見(jiàn)，如果皆不計(jì)“常規(guī)推力火藥起始助推器”的部份，發(fā)射300kg衛(wèi)星(彈 頭)只需各IOOkg的彈筒2個(gè)，其整個(gè)運(yùn)載火箭全重才700kg，重量是長(zhǎng)征1號(hào)火箭的116 分之1，射高在500km以上，其火箭長(zhǎng)度估計(jì)最高不過(guò)3m左右，其模塊組合式猛炸藥彈筒結(jié) 構(gòu)，簡(jiǎn)單低廉，所以其推力部總造價(jià)只是“長(zhǎng)征”的幾千分之一，生產(chǎn)和使用都十分方便，這 就證明了本發(fā)明有相當(dāng)可觀的實(shí)用前景。
總之，只要各方面計(jì)算配置適當(dāng)，如猛炸藥品種，藥量的選擇，彈筒內(nèi)置延時(shí)擊發(fā) 的方法，彈筒層數(shù)的多少，彈筒制造材料的選擇，射擊角度的確定等等，就能可以達(dá)到理想 的效果。


附圖1 火箭以三節(jié)彈筒設(shè)計(jì)為例，其整體的外觀示意圖。
附圖2 是圖1的縱剖面內(nèi)部結(jié)構(gòu)位置示意圖。
圖中1、彈頭2、前翼片筒3、第三節(jié)彈筒4、第二節(jié)彈筒
5、第一節(jié)彈筒6、常規(guī)推力火藥起始助推器7、后翼片
8、頂板(上一節(jié)的底板)9、底板(下一節(jié)的底板) 10、彈筒圈
11、填料12、時(shí)差擊發(fā)導(dǎo)線 13螺紋14、螺紋
15、螺紋16、戰(zhàn)斗部炸藥 17、制導(dǎo)控制裝置
18、時(shí)差擊發(fā)裝置19、前翼控制室 20、填料
21、球形猛炸藥 22、常規(guī)推力火藥 23、頂板
24、底板
具體實(shí)施方式
當(dāng)本發(fā)明新式推力火箭需要發(fā)射時(shí)，先點(diǎn)燃末段的常規(guī)推力火藥起始助推器(6) 內(nèi)的常規(guī)推力火藥(2)將火箭送到300m以上空間，然后彈頭底部的時(shí)差擊發(fā)裝置(18)通 過(guò)時(shí)差擊發(fā)導(dǎo)線(12)發(fā)出火花引爆，第一彈筒(5)內(nèi)的球形猛炸藥(21)發(fā)生彈筒(5)爆 轟，爆轟波向下及向周?chē)牧ν齐x“常規(guī)推力火藥起始助推器(6)”和彈筒圈(10)及其上頂 板(9)間的螺紋結(jié)合(滑脫)，其時(shí)的爆轟波軸向上推力(經(jīng)一定的筒壁效應(yīng)加強(qiáng)后)高強(qiáng) 度推動(dòng)整塊較厚的頂板(9)使火箭前部前進(jìn)，圖中所示頂(底)板23、8、9、24都是中厚邊 簿的形狀，它們與彈筒圈螺旋結(jié)合的位置和方式其優(yōu)點(diǎn)是組合拆裝十分方便，其筒內(nèi)炸藥 爆轟后只能滑脫開(kāi)下面和周?chē)牟糠荩雇岔敯褰邮鼙Z波的巨大推力。這時(shí)再過(guò)0. 1-1 秒后，時(shí)差擊發(fā)裝置(18)又經(jīng)時(shí)差擊發(fā)導(dǎo)線(12)發(fā)出火花引爆第二彈筒(10)內(nèi)的球形猛 炸藥(21)，此時(shí)第一彈筒(5)內(nèi)的頂板(9)即是第二彈筒⑷的底板(9)，同樣彈筒(10)的 爆轟波，分離底板(9)和彈筒圈(10)并加速推動(dòng)頂板(8)使火箭加速前進(jìn)，最后0. 1-1秒 后，時(shí)差擊發(fā)裝置(18)引爆第三彈筒(3)使頂板(23)接受爆轟波的加速度。彈頭(1)內(nèi)前部的制導(dǎo)控制裝置(17)內(nèi)有GPS，慣性、激光制導(dǎo)儀器等，通過(guò)前翼控制室(19)操作前翼 片(2)使戰(zhàn)斗部炸藥(16)正確擊中遠(yuǎn)程目標(biāo)。
權(quán)利要求
一種“增強(qiáng)火箭推進(jìn)力的設(shè)計(jì)”其特征是模塊化的可以互相組合拆裝的各彈筒內(nèi)裝有圓形或柱形的猛炸藥，由彈頭底部的時(shí)差擊發(fā)裝置發(fā)出的電線串連各節(jié)彈筒內(nèi)猛炸藥。彈筒間以螺紋旋合連接，各彈筒連接后旋合于外有翼片的戰(zhàn)斗部和“常規(guī)推力火藥起始助推器”之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的“增強(qiáng)火箭推力的設(shè)計(jì)”，其特征是彈筒外周由中厚邊薄的 頂板、底板和筒圈組成，相互用淺螺紋旋合連接，彈筒內(nèi)部有猛炸藥和填料。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明為增強(qiáng)火箭推進(jìn)力的設(shè)計(jì)是提供一種模塊化組合的多節(jié)段“猛炸藥彈筒”來(lái)發(fā)射火箭，以提高火箭發(fā)射的速度和射程。它先用“常規(guī)推力火藥起始助推器”將彈頭及彈筒送到300m以上高空后，彈頭底部的時(shí)差擊發(fā)裝置按預(yù)定時(shí)差遂一引爆彈筒內(nèi)猛炸藥，在高空中爆轟，能安全地發(fā)揮超過(guò)任何固體和液體的推力火藥千百倍的推進(jìn)威力，達(dá)到超遠(yuǎn)的距離，結(jié)合制導(dǎo)裝置正確擊中目標(biāo)，可用于軍事及宇航的剛體發(fā)射。
文檔編號(hào)F42B15/00GKCN101871750SQ200910050089
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月27日
發(fā)明者施仲偉 申請(qǐng)人:施仲偉導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan