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DE102017203303B4 - Disposable sub-hull structure for hypersonic spacecraft - Google Patents

Disposable sub-hull structure for hypersonic spacecraft Download PDF

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DE102017203303B4
DE102017203303B4 DE102017203303.7A DE102017203303A DE102017203303B4 DE 102017203303 B4 DE102017203303 B4 DE 102017203303B4 DE 102017203303 A DE102017203303 A DE 102017203303A DE 102017203303 B4 DE102017203303 B4 DE 102017203303B4
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transport vehicle
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space transport
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wing
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Alexander Kopp
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Abstract

Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug (12),
wobei die Unterrumpfstruktur (10) zum Verkleiden einer unter einem Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) des Raumtransportfahrzeugs (12) getragenen Nutzlast (20) an dem Raumtransportfahrzeug (12) anbringbar ist und
wobei die Unterrumpfstruktur (10) so geformt ist, dass Verdichtungsstöße (14, 18), die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die unter dem Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) angebrachte Unterrumpfstruktur (10) entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel (28) und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.

Figure DE102017203303B4_0000
Throwable under hull structure (10) for a hypersonic space transport vehicle (12) following a buoyancy-assisted ascent trajectory,
wherein the lower fuselage structure (10) can be attached to the space transport vehicle (12) for covering a payload (20) carried under a fuselage (26) and / or wings (28) of the space transport vehicle (12) and
wherein the fuselage structure (10) is shaped in such a way that compression surges (14, 18), which occur in supersonic or hypersonic flight due to the fuselage structure (10) attached under the fuselage (26) and / or wing (28), increase the pressure under the wing (28) and thereby generate compression lift.
Figure DE102017203303B4_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine abwerfbare Unterrumpfstruktur für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Raumtransportfahrzeug mit einem Rumpf und einem Tragflügel, das dazu ausgestaltet ist, einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie mit Hyperschallgeschwindigkeit zu folgen, und das eine abwerfbare Unterrumpfstruktur aufweist.The present invention relates to a dropable hull structure for a hypersonic space transport vehicle following a buoyancy-assisted ascent trajectory. Furthermore, the invention relates to a space transport vehicle with a fuselage and a wing which is designed to follow a buoyancy-assisted ascent trajectory with hypersonic speed and which has a detachable sub-fuselage structure.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Um eine breite Nutzung und Erschließung des Weltraums zu ermöglichen ist es zwingend erforderlich, dass der Transport von Nutzlasten in den Erdorbit wesentlich kostengünstiger ermöglicht wird als bisher. Hierfür sind bereits Anstrengungen unternommen worden, insbesondere um konventionelle Trägerraketen zu verbessern. Auf diese Weise sind jedoch nur begrenzte Kostensenkungen möglich, aber fundamentale Durchbrüche beim Raumtransport nicht zu erwarten.In order to enable the wide use and development of space, it is imperative that the transport of payloads into earth orbit is made possible at a significantly lower cost than before. Efforts have already been made to do this, in particular to improve conventional launchers. In this way, however, only limited cost reductions are possible, but fundamental breakthroughs in space transportation are not expected.

Ein regelmäßig vorgeschlagener alternativer Ansatz sind voll wiederverwendbare Single-Stage-To-Orbit oder Two-Stage-To-Orbit Hyperschalltransportsysteme, die auch unter der Bezeichnung „Spaceplanes“ bekannt sind. Solche Raumtransportfahrzeuge sollen grundsätzlich dazu geeignet sein, drastische Kostensenkungen zu ermöglichen und wurden daher vor allem in den 1980er und 1990er Jahren intensiv untersucht. Bisher konnte jedoch noch keines dieser Konzepte einen echten Durchbruch erzielen, weil entweder die Triebwerke nicht den gestellten Erwartungen entsprachen oder die jeweilige Leermasse des Raumtransportsystems zu hoch war. A regularly proposed alternative approach is fully reusable single-stage-to-orbit or two-stage-to-orbit hypersonic transport systems, which are also known as "space planes". Such space transport vehicles should in principle be suitable for enabling drastic cost reductions and were therefore examined intensively, particularly in the 1980s and 1990s. So far, however, none of these concepts has achieved a real breakthrough because either the engines did not meet expectations or the respective empty mass of the space transport system was too high.

Der Abstand zu einem als technische realisierbar und wirtschaftlich sinnvoll angesehenen System war jedoch nicht sehr groß. Folglich wird davon ausgegangen, dass bereits relativ kleine Verbesserungen des Standes der Technik ausreichen könnten, um Spaceplanes realisieren zu können.The distance to a system that was considered to be technically feasible and economically sensible was not very great. It is therefore assumed that relatively small improvements in the prior art could be sufficient to be able to implement spaceplanes.

Insbesondere aus der militärischen Luftfahrt ist bekannt, im auftriebsunterstützten Überschallflug oder Hyperschallflug Kompressionsauftrieb zu nutzen. Durch eine besondere Konturierung der Flugzeuggeometrie im Bereich unter dem Tragflügel des Flugzeugs kann die durch Verdichtungsstöße erzeugte Druckerhöhung gezielt dazu genutzt werden, den Auftrieb eines Luftfahrzeuges zusätzlich zu erhöhen. Dieses Prinzip wurde beispielsweise in den 1960er Jahren in den USA in Form des XB-70 Bombers verwirklicht, wobei der Unterrumpf, in welchem die Triebwerke untergebracht wurden, derart geformt war, dass die von ihm generierten Verdichtungsstöße im Überschallreiseflug den Druck auf der Tragflügelunterseite deutlich erhöhten. Dies führte zu einem erheblich höheren Auftrieb bei gleichbleibendem Widerstand mit einer entsprechenden Erhöhung der Gleitzahl und damit der Reichweite des Flugzeugs.In military aviation in particular, it is known to use compression lift in buoyancy-assisted supersonic or hypersonic flight. Through a special contouring of the aircraft geometry in the area under the wing of the aircraft, the pressure increase generated by compression surges can be used specifically to additionally increase the lift of an aircraft. This principle was implemented in the USA in the form of the XB-70 bomber in the 1960s, for example, whereby the fuselage in which the engines were housed was shaped in such a way that the compression shocks it generated during supersonic flight significantly increased the pressure on the underside of the wing . This led to a significantly higher lift with constant resistance with a corresponding increase in the glide ratio and thus the range of the aircraft.

Geometrische Ausgestaltungen, die Kompressionsauftrieb erzeugen können, indem eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel eines Luftfahrzeugs erzeugt wird, sind grundsätzlich bekannt. Ein Beispiel hiervon ist in US 3 137 460 A aus dem Jahr 1964 beschrieben.Geometric configurations that can generate compression lift by generating a pressure increase under the wing of an aircraft are known in principle. An example of this is in US 3 137 460 A from 1964.

Die Geometrien der Unterrumpfstruktur von bekannten Luftfahrzeugen wie beispielsweise dem XB-70 Bomber sind jedoch nicht für die Verwendung bei Raumtransportfahrzeugen geeignet, insbesondere weil sie nicht vor den aerothermodynamischen Belastungen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre geschützt werden können.However, the geometries of the fuselage structure of known aircraft such as the XB-70 bomber are not suitable for use in space transport vehicles, in particular because they cannot be protected from the aerothermodynamic loads when they re-enter the earth's atmosphere.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Vor dem Hintergrund des Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zunächst darin, ein Raumtransportsystem zur Verfügung zu stellen, das einen effizienteren Transport von Nutzlasten in den Erdorbit ermöglicht und dabei vor allem die Kostenvorteile eines einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgenden, weil wiederverwendbaren und ggf. Einstufig ausgelegten Hyperschall-Raumtransportfahrzeugs nutzt. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch darin, ein Hyperschall-Raumtransportfahrzeug bereitzustellen, das sich als wiederverwendbares und idealerweise Single-Stage-To-Orbit Hyperschall-Raumtransportsystem eignet und damit zu einer drastischen Kostensenkung des Transports von Nutzlasten in den Erdorbit führen kann.Against the background of the prior art, the object of the present invention is first of all to provide a space transport system which enables a more efficient transport of payloads into the earth's orbit and, above all, the cost advantages of an ascent trajectory supported by buoyancy because it is reusable and possibly reusable Single-stage hypersonic spacecraft uses. In particular, the object of the present invention is also to provide a hypersonic space transport vehicle which is suitable as a reusable and ideally single-stage-to-orbit hypersonic space transport system and can thus lead to a drastic reduction in the cost of transporting payloads into earth orbit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine abwerfbare Unterrumpfstruktur nach Anspruch 1 oder auch durch ein Raumtransportfahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Merkmale und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.The object of the present invention is achieved by a detachable sub-hull structure according to claim 1 or also by a space transport vehicle according to claim 6. Advantageous features and further developments of the invention result from the respective subclaims.

Eine erfindungsgemäße abwerfbare Unterrumpfstruktur für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug ist zum Verkleiden einer unter einem Rumpf und/oder unter einem Tragflügel des Raumtransportfahrzeuges getragenen Nutzlast an dem Raumtransportfahrzeug anbringbar. Die Unterrumpfstruktur ist so geformt, dass Verdichtungsstöße, die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die unter dem Rumpf und/oder dem Tragflügel angebrachte Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.A drop-off hull structure according to the invention for a hypersonic space transport vehicle following a buoyancy-assisted ascent trajectory can be attached to the space transport vehicle to cover a payload carried under a fuselage and / or under a wing of the space transport vehicle. The sub-fuselage structure is shaped in such a way that compression surges that occur in supersonic or hypersonic flight due to the sub-fuselage structure attached under the fuselage and / or the wing increase the pressure under the wing and thereby generate compression lift.

Ein erster Aspekt der Erfindung liegt darin, den Rumpf des Raumtransportfahrzeuges zu verkleinern und die Nutzlast statt in einem Frachtraum außen am Rumpf anzubringen. Hierdurch kann der Rumpf des Raumtransportfahrzeuges wesentlich kleiner und leichter ausgebildet werden als bei bisher bekannten Raumtransportfahrzeugen mit einem Frachtraum.A first aspect of the invention is to reduce the hull of the space transport vehicle and to attach the payload to the fuselage instead of in a cargo hold. As a result, the fuselage of the space transport vehicle can be made significantly smaller and lighter than in previously known space transport vehicles with a cargo hold.

Nutzlast bedeutet im vorliegenden Zusammenhang insbesondere die in den Erdorbit zu transportierende Last („Payload“). Darüber hinaus kann der Ausdruck „Nutzlast“ im vorliegenden Zusammenhang auch zumindest einen Teil des für den Antrieb des Raumtransportfahrzeuges erforderlichen Treibstoffs und einen hierfür eingesetzten Treibstofftank umfassen.In the present context, payload means in particular the load to be transported into earth orbit (“payload”). In addition, the term “payload” in the present context can also include at least part of the fuel required to drive the spacecraft and a fuel tank used for this purpose.

Zusätzlich zu dem Aspekt, die Nutzlast außen am Raumtransportfahrzeug anzubringen, um den Rumpf kleiner und leichter auszubilden, nutzt die Unterrumpfstruktur die Erkenntnis, dass durch eine geschickte geometrische Ausgestaltung der Unterrumpfstruktur zusätzlicher Kompressionsauftrieb erzeugt und damit der aerodynamische Luftwiderstand des Raumtransportfahrzeuges aufgrund einer Verringerung des Anstellwinkels verringert werden kann. Hierdurch kann der für die atmosphärische Beschleunigung notwendige Treibstoffbedarf spürbar verringert werden, was wiederum die Leistungsfähigkeit des Raumtransportfahrzeuges erhöht.In addition to the aspect of attaching the payload to the outside of the spacecraft to make the fuselage smaller and lighter, the sub-hull structure uses the knowledge that a clever geometric design of the sub-hull structure creates additional compression lift and thus reduces the aerodynamic drag of the spacecraft due to a reduction in the angle of attack can be. As a result, the fuel requirement required for atmospheric acceleration can be noticeably reduced, which in turn increases the performance of the space transport vehicle.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Unterrumpfstruktur liegt darin, dass die Geometrie der Unterrumpfstruktur in gewissen Grenzen variiert werden und so an unterschiedliche Größen und Geometrien der Nutzlast und ggf. an variable Mengen Zusatztreibstoff angepasst werden kann. Im Gegensatz zu einem Raumtransportfahrzeug mit einem Frachtraum im Inneren des Rumpfes, der auf eine bestimmte Nutzlast hin oder eine möglichst vielseitige Einsetzbarkeit, beispielsweise durch Standardmaße, konzipiert wurde, kann ein Raumtransportfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Vielzahl verschiedener Nutzlasten jeweils optimiert in den Erdorbit transportieren, weil die Unterrumpfstruktur auf jede Nutzlast hin geometrisch optimiert werden und dadurch Masse und Widerstand des Raumtransportfahrzeugs minimieren kann. Another advantage of the sub-hull structure according to the invention is that the geometry of the sub-hull structure can be varied within certain limits and can thus be adapted to different sizes and geometries of the payload and, if appropriate, to variable amounts of additional fuel. In contrast to a space transport vehicle with a cargo space inside the fuselage, which was designed for a certain payload or as versatile as possible, for example by standard dimensions, a space transport vehicle according to the present invention can transport a large number of different payloads in an optimized manner into the earth's orbit , because the sub-hull structure can be geometrically optimized for each payload, thereby minimizing the mass and resistance of the spacecraft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch das Anbringen der Nutzlast an dem Raumtransportfahrzeug die Möglichkeit einer leichteren Integration der Nutzlast am Raumfahrzeug geschaffen wird. Die Nutzlast kann beispielsweise unkompliziert unter das am Boden stehende Raumtransportfahrzeug geschoben und daran befestigt werden. Üblicherweise sehen bisherige Spaceplane Konzepte eine Nutzlastbucht innerhalb des Fahrzeuges vor, die über aufschwenkbare Türen auf dem Rumpfrücken zugänglich ist; ein hierfür erforderlicher Kran ist bei der vorgeschlagenen Erfindung nicht erforderlich.Another advantage of the invention is that by attaching the payload to the spacecraft, the possibility of easier integration of the payload on the spacecraft is created. For example, the payload can be easily pushed underneath the space transport vehicle on the ground and attached to it. Previous spaceplane concepts usually provide a payload bay inside the vehicle that is accessible via hinged doors on the fuselage back; a crane required for this is not required in the proposed invention.

Im Hinblick auf die Gestaltung der Unterrumpfstruktur, so dass Verdichtungsstöße, die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen, ist zu beachten, dass die Lage der Verdichtungsstöße insbesondere von der Fluggeschwindigkeit abhängt. Die Fluggeschwindigkeit eines Raumtransportfahrzeugs variiert auf seinem Weg von der Erde an den Rand der Atmosphäre, anders als bei einem stets innerhalb der Atmosphäre fliegenden Flugzeug, über einen sehr großen Geschwindigkeitsbereich. Die Geometrie der Unterrumpfstruktur kann auf relativ niedrige Geschwindigkeiten im niedrigen Überschallbereich oder auf hohe Geschwindigkeiten im Hyperschallbereich optimiert sein. Bevorzugt wird für die vorliegende Erfindung ein Mittelwert zwischen niedrigen und hohen Überschallgeschwindigkeiten (bzw. niedrigen-mittleren Hyperschallgeschwindigkeiten) der Geometrie der Unterrumpfstruktur zugrunde gelegt. Dies ist durch grundsätzlich bekannte Simulationen der Verdichtungsstöße möglich und liegt grundsätzlich im Bereich des fachmännischen Wissens. Beispielsweise kann das System auf Machzahlen von 1-6...10 optimiert werden, also vom Überschall bis in den niedrigen-mittleren Hyperschallbereich, wobei die tatsächliche Auslegung des Systems stark von der Gesamtsystemauslegung abhängen kann.With regard to the design of the sub-fuselage structure, so that compression surges, which occur in supersonic or hypersonic flight through the sub-fuselage structure, generate an increase in pressure under the wing and thereby compression lift, it should be noted that the location of the compression surges depends in particular on the airspeed. The flight speed of a space transport vehicle varies over a very large speed range on its way from earth to the edge of the atmosphere, unlike an airplane that always flies within the atmosphere. The geometry of the sub-hull structure can be optimized for relatively low speeds in the low supersonic range or for high speeds in the hypersonic range. For the present invention, a mean value between low and high supersonic velocities (or low-medium hypersonic velocities) of the geometry of the sub-trunk structure is preferably used. This is possible through fundamentally known simulations of the compression surges and is basically in the area of expert knowledge. For example, the system can be optimized for Mach numbers from 1-6 ... 10, i.e. from supersonic to the low-medium hypersonic range, whereby the actual design of the system can depend heavily on the overall system design.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Unterrumpfstruktur liegt darin, dass die Unterrumpfstruktur nach dem Verlassen der dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen werden kann, wodurch die Nutzlast freigegeben wird und der durch den Abwurf der Unterrumpfstruktur erreichte Massenverlust die in den Orbit zu beschleunigende Masse weiter verringert und somit zusätzlich die Leistung des Raumtransportfahrzeuges verbessert.Another advantage of the sub-fuselage structure according to the invention is that the sub-fuselage structure can be thrown off after leaving the denser atmospheric layers, whereby the payload is released and the mass loss achieved by dropping the sub-fuselage structure further reduces the mass to be accelerated into orbit and thus additionally the performance of the spacecraft improved.

Sofern die abgeworfene Unterrumpfstruktur nicht wiederverwendet werden kann, kann sie aus relativ einfachen und preiswerten Materialien und mit geringen Sicherheitsfaktoren hergestellt werden, da die Unterrumpfstruktur in den meisten Fällen lediglich eine vorgegebene Konturierung beibehalten muss, aber keine Fahrzeuglasten trägt. Daher können Schädigungen wie etwas Kriechen, Oxidation oder begrenzte plastische Verformungen hingenommen werden. Dies führt weiter zu einer verbesserten Kosteneffizienz des Transports der Nutzlast.If the dropped hull structure cannot be reused, it can be made from relatively simple and inexpensive materials and with low safety factors, since in most cases the hull structure only has to maintain a predetermined contour, but does not bear any vehicle loads. Damage such as creeping, oxidation or limited plastic deformation can therefore be tolerated. This further leads to improved cost efficiency of transporting the payload.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Unterrumpfstruktur einen Treibstofftank auf. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Zusatztank zu einem Haupttank des Raumtransportfahrzeugs handeln, dessen Inhalt innerhalb der dichteren Atmosphärenschichten aufgebraucht wurde und der somit nach dem Verlassen dieser dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen werden kann. Ein solcher Treibstofftank erhöht zwar grundsätzlich die Komplexität und damit auch die Kosten der Unterrumpfstruktur, ermöglicht jedoch gleichzeitig eine weitere Verringerung der in den Erdorbit zu beschleunigenden Masse. According to a preferred embodiment, the sub-hull structure has a fuel tank. This can be, in particular, an additional tank to a main tank of the space transport vehicle, the contents of which have been used up within the denser atmospheric layers and which can thus be thrown off after leaving these denser atmospheric layers. Such a fuel tank increases the complexity and thus also the costs of the sub-hull structure, but at the same time enables a further reduction in the mass to be accelerated into the earth's orbit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner eine Klappe, bevorzugt mehrere Klappen, die derart ausfahrbar ist bzw. sind, dass die Verdichtungsstöße unter dem Tragflügel durch die Klappe oder die Klappen beeinflussbar sind. Insbesondere ist so eine Verschiebung einer Position eines Druckpunkts des Kompressionsauftriebs durch die Betätigung der Klappe oder Klappen realisierbar, d.h. der Druckpunkt des Kompressionsauftriebs kann durch die Klappe oder die Klappen verschoben werden. Vorzugsweise ist die Klappe bzw. sind die Klappen dabei seitlichen an der Unterrumpfstruktur angeordnet.According to a further preferred embodiment, the sub-fuselage structure further comprises a flap, preferably a plurality of flaps, which can be extended in such a way that the compression shocks under the wing can be influenced by the flap or the flaps. In particular, a displacement of a position of a pressure point of the compression lift can be realized by actuating the flap or flaps, i.e. the pressure point of the compression lift can be shifted through the flap or the flaps. The flap or flaps are preferably arranged laterally on the sub-hull structure.

Durch die bevorzugte Klappe oder Klappen der Unterrumpfstruktur kann der Effekt des Kompressionsauftriebs über einen größeren Geschwindigkeitsbereich aufrechterhalten und/oder in seiner Intensität verändert werden, was bei einem Raumtransportfahrzeug vorteilhaft ist, das nicht eine bestimmte Reisefluggeschwindigkeit einnimmt, sondern während seines Flugs durch die Erdatmosphäre immer schneller wird. Außerdem kann auf diese Weise die Druckpunktlage nicht nur im Hinblick auf den zu durchfliegenden Geschwindigkeitsbereich, sondern auch auf eine mögliche Änderung der Schwerpunktlage angepasst werden.By means of the preferred flap or flaps of the under fuselage structure, the effect of the compression buoyancy can be maintained over a larger speed range and / or its intensity can be changed, which is advantageous for a space transport vehicle that does not take up a certain cruise speed, but faster and faster during its flight through the earth's atmosphere becomes. In addition, the pressure point position can be adjusted not only with regard to the speed range to be flown through, but also to a possible change in the center of gravity.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner ein Radfahrwerk, das zur Unterstützung des Raumtransportfahrzeuges während seines Startlaufs geeignet ist. In dieser Ausführungsform nimmt die Unterrumpfstruktur nicht nur eine Verkleidungsfunktion wahr, sondern trägt während des Startlaufs auch Lasten der Unterrumpfstruktur und/oder anderer Teile des Raumtransportfahrzeuges. Die Unterrumpfstruktur kann in diesem Fall etwas stabiler und massiver ausgebildet werden, was zu einer höheren Masse der Unterrumpfstruktur führen kann. Andererseits kann somit zumindest ein Teil der Masse eines separaten Startfahrwerks eingespart werden, wobei die zusätzliche Masse der Unterrumpfstruktur mit dieser im Verlaufe des Fluges abgeworfen und die in den Orbit zu beschleunigende Masse somit gegenüber der Abflugmasse weiter reduziert werden kann.According to a further preferred embodiment, the under fuselage structure further comprises a wheel undercarriage which is suitable for supporting the space transport vehicle during its launch. In this embodiment, the under fuselage structure not only performs a cladding function, but also carries loads of the under fuselage structure and / or other parts of the space transport vehicle during the start run. In this case, the sub-trunk structure can be made somewhat more stable and solid, which can lead to a higher mass of the sub-trunk structure. On the other hand, at least a part of the mass of a separate take-off landing gear can thus be saved, the additional mass of the under fuselage structure being thrown off during the flight and the mass to be accelerated into orbit thus being further reduced compared to the take-off mass.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner einen Fallschirm für eine sanfte Landung der abgeworfenen Unterrumpfstruktur auf der Erde, ein solcher Fallschirm ist insbesondere bei Ausführungsformen von Bedeutung, in denen die Unterrumpfstruktur einen erheblichen Kostenbeitrag zum Flug in den Erdorbit leistet oder in dem die Unterrumpfstruktur bei ihrem Auftreffen auf die Erde eine Gefahr für Lebewesen oder Gegenstände darstellen könnte. Insbesondere bei einer leichten und lediglich als Verkleidung dienenden Unterrumpfstruktur ist es jedoch auch möglich, auf einen solchen Fallschirm zu verzichten, vor allem dann, wenn die Flugbahn des Raumtransportfahrzeugs so geplant ist, dass die Unterrumpfstruktur auf dem Meer oder in einem nicht besiedelten Gebiet wie etwa einer Wüste auf die Erde auftreffen wird.In an advantageous embodiment, the sub-fuselage structure further comprises a parachute for a gentle landing of the dropped sub-fuselage structure on the earth, such a parachute is particularly important in embodiments in which the sub-fuselage structure makes a significant cost contribution to the flight into the earth's orbit or in which the sub-fuselage structure contributes their impact on earth could pose a danger to living beings or objects. In particular, in the case of a light hull structure that serves only as a covering, it is also possible to dispense with such a parachute, especially if the trajectory of the spacecraft is planned so that the hull structure is at sea or in an uninhabited area such as a desert will hit earth.

Ein erfindungsgemäßes Raumtransportfahrzeug mit einem Rumpf und einem Tragflügel, das dazu ausgestaltet ist, einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie mit Überschallgeschwindigkeit oder Hyperschallgeschwindigkeit zu folgen, umfasst eine abwerfbare Unterrumpfstruktur, die zum Verkleiden einer unter dem Rumpf und/oder unter dem Tragflügel getragenen Nutzlast lösbar unter dem Raumtransportfahrzeug angebracht ist. Dabei ist die Unterrumpfstruktur so geformt und an dem Raumtransportfahrzeug angeordnet, dass die Verdichtungsstöße, die im Überschallflug und Hyperschallflug durch die Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.A space transport vehicle according to the invention with a fuselage and a wing, which is designed to follow a buoyancy-assisted ascent trajectory with supersonic or hypersonic speed, comprises a detachable sub-fuselage structure, which is detachably attached under the space transport vehicle to cover a payload carried under the fuselage and / or under the wing is. The sub-fuselage structure is shaped and arranged on the space transport vehicle so that the compression shocks that occur in the supersonic flight and hypersonic flight through the sub-fuselage structure generate an increase in pressure under the wing and thus compression lift.

Mit Vorteil handelt es sich bei der Unterrumpfstruktur um eine wie vorstehenden beschriebene Unterrumpfstruktur.The sub-hull structure is advantageously a sub-hull structure as described above.

Ein solches Raumtransportfahrzeug ermöglicht es, Nutzlasten wesentlich effizienter in den Erdorbit zu transportieren, als es mit konventionellen Trägersystemen möglich ist, und kann damit eine Realisierung des Konzepts eines voll wiederwendbaren Single-Stage-To-Orbit Raumtransportfahrzeuges darstellen.Such a space transport vehicle makes it possible to transport payloads into earth orbit much more efficiently than is possible with conventional carrier systems, and can thus represent a realization of the concept of a fully reusable single-stage-to-orbit space transport vehicle.

Bevorzugt weist das Raumtransportfahrzeug nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur eine flache Unterseite auf. Eine solche flache Unterseite ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre, bei dem sehr hohe thermische Belastungen auf das Raumtransportfahrzeug durch die Reibung der Luft am Raumtransportfahrzeug entstehen. Eine flache Unterseite führt beispielsweise dazu, dass ein Hitzeschild oder ähnliche Einrichtungen zum Schutz des Raumtransportfahrzeuges wirksam angebracht und genutzt werden können. Weiterhin verhindert eine flache Unterseite die Entstehung von sekundär-Verdichtungsstößen an Strömungshindernissen, welche zu lokalen Temperaturüberhöhungen und entsprechenden Zusatzbelastungen des Hitzeschildes führen würden.The space transport vehicle preferably has a flat underside after the lower hull structure has been thrown off. Such a flat underside is particularly advantageous with regard to the re-entry into the earth's atmosphere, in which very high thermal loads on the space transport vehicle arise from the friction of the air on the space transport vehicle. A flat underside, for example, means that a heat shield or similar devices for protecting the space transportation vehicle can be effectively attached and used. Furthermore, a flat underside prevents the occurrence of secondary compression impacts on flow obstacles that lead to local Excessive temperatures and corresponding additional loads on the heat shield would result.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Raumtransportfahrzeug ferner ein Hitzeschutzpaneel, das vom Rumpf und/oder Tragflügel ausfahrbar ist, insbesondere um die Nutzlast nach einem Abwerfen der Unterrumpfstruktur vor einer aerothermomechanischen Last zu schützen, und an den Rumpf und/oder den Tragflügel einfahrbar ist, insbesondere um bei einem Wiedereintritt des Raumtransportfahrzeuges in die Erdatmosphäre eine aerothermodynamische Belastung auf das Raumtransportfahrzeug aufzunehmen.According to a further preferred embodiment, the space transport vehicle further comprises a heat protection panel which can be extended from the fuselage and / or wing, in particular in order to protect the payload from an aerothermomechanical load after the lower fuselage structure has been thrown off, and can be retracted to the fuselage and / or the wing. in particular in order to absorb an aerothermodynamic load on the space transport vehicle when the space transport vehicle re-enters the earth's atmosphere.

Bevorzugt umfasst das Raumtransportfahrzeug dabei mehrere Hitzeschutzpaneele, die vorzugsweise frontal und seitlich bezüglich der Nutzlast angeordnet und entsprechend ausfahrbar sind. Auch nur frontal oder nur seitlich bezüglich der Nutzlast angeordnete ausfahrbare Hitzeschutzpaneele sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Das Hitzeschutzpaneel dient oder die Hitzeschutzpaneele dienen insbesondere dem Schutz der Nutzlast, nachdem die Unterrumpfstruktur abgeworfen wurde und kommen zu diesem Zweck eher in Atmosphärenschichten mit sehr dünner Luft zum Einsatz. In diesen Atmosphärenschichten fliegt das Raumtransportfahrzeug kaum noch aufgrund von aerodynamischem Auftrieb, so dass die mit dem Abwurf der Unterrumpfstruktur fehlende Unterstützung durch den Kompressionsauftrieb und der gegebenenfalls zunehmende Widerstandsbeiwert des Raumtransportfahrzeugs ebenfalls vernachlässigbar sind. Die geringere Masse des Raumtransportfahrzeuges nach dem Abwurf der Unterrumpfstruktur verbessert jedoch die Effizienz der weiteren Beschleunigung nach dem Raketenprinzip, und die ohnehin für den Wiedereintritt erforderlichen Hitzeschutzpaneele können im ausgefahrenen Zustand die Nutzlast beispielsweise vor, Druckstößen und vor aerothermodynamischen Belastungen schützen.The space transport vehicle preferably comprises a plurality of heat protection panels, which are preferably arranged frontally and laterally with respect to the payload and can be extended accordingly. Extendable heat protection panels arranged only frontally or only laterally with respect to the payload are also conceivable within the scope of the present invention. The heat protection panel serves or the heat protection panels serve in particular to protect the payload after the sub-hull structure has been thrown off and are used for this purpose rather in atmospheric layers with very thin air. In these atmospheric layers, the space transport vehicle hardly flies due to aerodynamic lift, so that the lack of support from the compression lift due to the dropping of the lower hull structure and the possibly increasing drag coefficient of the space transport vehicle are also negligible. However, the lower mass of the spacecraft after the drop in the hull structure improves the efficiency of the further acceleration according to the rocket principle, and the heat protection panels that are required anyway for re-entry can protect the payload, for example, against pressure surges and against aerothermodynamic loads when extended.

Durch die vorliegende Erfindung können bestehende Konzepte bei Raumtransportfahrzeugen so weiterentwickelt werden, dass die mögliche Nutzlast erhöht und somit die Kosten zum Transportieren der Nutzlast in den Erdorbit erheblich verringert werden können.The present invention allows existing concepts in space transport vehicles to be further developed in such a way that the possible payload is increased and the costs for transporting the payload into the earth's orbit can be considerably reduced.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.Further features of the invention result from the following description of the figures and the entirety of the claims.

FigurenlisteFigure list

  • 1a und 1b zeigen eine Ansicht eines Raumtransportfahrzeugs von unterhalb eines Rumpfs und eines Tragflügels mit einer bevorzugten Unterrumpfstruktur. 1a and 1b show a view of a spacecraft from below a fuselage and a wing with a preferred fuselage structure.
  • 2 zeigt eine Ansicht eines Raumtransportfahrzeugs von unterhalb des Rumpfs und des Tragflügels mit einer weiteren bevorzugten Unterrumpfstruktur. 2nd shows a view of a spacecraft from below the fuselage and the wing with another preferred sub-fuselage structure.
  • 3a bis 3c zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit abwerfbarer Unterrumpfstruktur. 3a to 3c each show a schematic side view of a space transport vehicle with a detachable hull structure.
  • 3d zeigt eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit daran angebrachter Nutzlast nach Abwurf der Unterrumpfstruktur. 3d shows a schematic side view of a space transport vehicle with attached payload after dropping the under hull structure.
  • 4a und 4b zeigen eine Vorderansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit darunter angebrachter Unterrumpfstruktur. 4a and 4b show a front view of a space transport vehicle with the hull structure attached below.
  • 5a und 5b zeigen eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeuges mit frontal vor der Nutzlast angeordnetem Hitzeschutzpaneel zum Schutz der Nutzlast. 5a and 5b show a schematic side view of a space transport vehicle with frontally arranged in front of the payload heat protection panel to protect the payload.
  • 6a und 6b zeigen eine schematische Frontansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit seitlich zur Nutzlast angeordneten Hitzeschutzpaneelen zum Schutz der Nutzlast. 6a and 6b show a schematic front view of a space transport vehicle with heat protection panels arranged laterally to the payload to protect the payload.
  • 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit einer weiteren bevorzugten Unterrumpfstruktur. 7 shows a schematic side view of a space transport vehicle with a further preferred sub-hull structure.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

1a und 1b zeigen eine schematische Ansicht von unten auf ein Raumtransportfahrzeug 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Raumtransportfahrzeug 12 weist eine abwerfbare Unterrumpfstruktur 10 auf, die unter dem Rumpf bzw. dem Tragflügel des Raumtransportfahrzeuges 12 angebracht ist. Die Unterrumpfstruktur 10 ist dabei so geformt, dass Verdichtungsstöße 14, die im Überschallflug und Hyperschallflug an der Unterrumpfstruktur 10 entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen. Hierdurch erhöht sich auf grundsätzlich bekannte Weise die Gleitzahl des Raumtransportfahrzeugs in Flugzuständen, in denen das Raumtransportfahrzeug einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgt. Somit kann durch den Kompressionsauftrieb der Widerstand des Raumtransportfahrzeugs reduziert werden, was dazu führt, dass die für die Beschleunigung in den Erdorbit benötigte Energie gegenüber bisherigen Raumtransportfahrzeugen geringer ist. 1a and 1b show a schematic view from below of a space transport vehicle 12th according to a preferred embodiment. The space transport vehicle 12th has a detachable hull structure 10th on that under the fuselage or the wing of the spacecraft 12th is appropriate. The hull structure 10th is shaped so that shock waves 14 that are in supersonic flight and hypersonic flight on the under fuselage structure 10th arise, an increase in pressure under the wing and thereby generate compression lift. This increases the glide ratio of the space transport vehicle in flight states in which the space transport vehicle follows a buoyancy-assisted ascent trajectory in a basically known manner. Thus, the resistance of the space transport vehicle can be reduced by the compression buoyancy, which means that the energy required for acceleration into the earth's orbit is lower than previous space transport vehicles.

Verschiedene Formen von Unterrumpfstrukturen sind grundsätzlich dazu geeignet, eine solche Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb zu erzeugen. 1a und 1b zeigen schematisch zwei verschiedene Beispiele, wobei in 1a eine abgerundete Spitze und in 1b eine scharfe Spitze angedeutet sind. Die Unterrumpfstrukturen können dabei auch verschiedene Öffnungswinkel haben und an ihrer Oberfläche zumindest abschnittsweise konkav, zumindest abschnittsweise konvex und/oder zumindest abschnittsweise plan ausgebildet sein.Different forms of sub-fuselage structures are fundamentally suitable for generating such a pressure increase under the wing and thus compression lift. 1a and 1b schematically show two different examples, wherein in 1a a rounded tip and in 1b a sharp tip indicated are. The hull structures can also have different opening angles and be formed at least partially concave, at least partially convex and / or at least partially flat on their surface.

2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12 mit Unterrumpfstruktur 10. Im Gegensatz zu der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform weist die Unterrumpfstruktur 10 aus 2 zwei Klappen 16 an ihren Seiten auf, welche durch Aus- und Einfahren die Form und Anordnung sowie die Stärke der Verdichtungsstöße 14, 18 beim Überschallflug bzw. Hyperschallflug beeinflussen. 2nd shows a further preferred embodiment of a space transport vehicle 12th with hull structure 10th . In contrast to that in the 1a and 1b The embodiment shown has the sub-hull structure 10th out 2nd two flaps 16 on their sides, which extend and retract the shape and arrangement as well as the strength of the compression shocks 14 , 18th in supersonic or hypersonic flight.

Insbesondere wird durch ein Ausfahren der Klappen 16 ein sekundärer Verdichtungsstoß 18 erzeugt, der einen zusätzlichen, sekundären Kompressionsauftrieb in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich hervorruft, welcher primär der Regelung der Druckpunktlage und damit der aerodynamischen Trimmung des Raumtransportfahrzeugs dient. Sofern dieser sekundäre Kompressionsauftrieb nicht erzeugt werden kann oder soll, beispielsweise weil sich das Raumtransportfahrzeug 12 in einem hierfür ungeeigneten Geschwindigkeitsbereich befindet oder der zusätzliche Kompressionsauftrieb zu unerwünschter Verlagerung der Druckpunktlage führen würde, können die Klappen 16 zur Reduzierung des Luftwiderstands eingefahren werden. Außerdem können die Klappen 16 auch erst im Verlaufe des Fluges ausgefahren werden, um in einer Anfangsphase des Fluges den Luftwiderstand des Raumtransportfahrzeuges 12 zu minimieren.In particular, by extending the flaps 16 a secondary shock 18th generated, which causes an additional, secondary compression lift in a certain speed range, which primarily serves to control the pressure point position and thus the aerodynamic trim of the spacecraft. If this secondary compression buoyancy cannot or should not be generated, for example because the spacecraft is moving 12th The flaps can be in an unsuitable speed range or the additional compression lift would lead to an undesirable shift of the pressure point position 16 to reduce air resistance. In addition, the flaps 16 also be extended only in the course of the flight in order to increase the air resistance of the space transport vehicle in an initial phase of the flight 12th to minimize.

Die 3a bis 3c zeigen eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs 12 mit einer abwerfbaren Unterrumpfstruktur 10. Dabei sind verschiedene geometrische Ausgestaltungen der Unterrumpfstruktur 10 gezeigt, die illustrieren sollen, dass es verschiedenste Möglichkeiten dafür gibt, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb durch die im Überschallflug und Hyperschallflug entstehenden Verdichtungsstöße zu erzielen.The 3a to 3c show a schematic side view of a space transport vehicle 12th with a detachable hull structure 10th . There are various geometrical configurations of the sub-hull structure 10th shown, which are intended to illustrate that there are various ways to achieve a pressure increase under the wing and thus compression lift by the compression shocks occurring in supersonic and hypersonic flight.

3d zeigt eine schematische Seitenansicht des Raumtransportfahrzeugs 12 mit der nicht mehr von einer Unterrumpfstruktur abgedeckten Nutzlast 20. Die Nutzlast 20 nimmt erkennbar einen kleineren Raum ein, als die abwerfbare Unterrumpfstruktur, ist jedoch im Hinblick auf die gezielte Beeinflussung der Verdichtungsstöße und damit der Erzeugung des Kompressionsauftriebs und auch im Hinblick auf ihren Luftwiderstand nicht besonders ausgestaltet. 3d shows a schematic side view of the space transport vehicle 12th with the payload no longer covered by a hull structure 20 . The payload 20 recognizably occupies a smaller space than the detachable sub-hull structure, but is not particularly designed with regard to the targeted influencing of the compression shocks and thus the generation of the compression lift and also with regard to its air resistance.

4a und 4b zeigen eine schematische Frontansicht eines Raumtransportfahrzeugs 12 mit einem Rumpf 26 und einem Tragflügel 28 sowie der unter dem Tragflügel 28 angebrachten Unterrumpfstruktur 10. Diese Figuren zeigen wiederum verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Geometrie der Unterrumpfstruktur 10. 4a and 4b show a schematic front view of a space transport vehicle 12th with a hull 26 and a wing 28 as well as the one under the wing 28 attached sub-hull structure 10th . These figures in turn show different possible configurations of the geometry of the sub-hull structure 10th .

5a und 5b zeigen eine selektive, schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12. Die in den 5a und 5b gezeigte Konfiguration kann sich nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur 10 einstellen. Die Nutzlast 20 ist im Wesentlichen freigelegt, wird nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur jedoch noch durch ein Hitzeschutzpaneel 22 insbesondere vor einer aerothermomechanischen Last geschützt. 5a and 5b show a selective, schematic side view of a further preferred embodiment of a space transport vehicle 12th . The in the 5a and 5b The configuration shown may change after the sub-hull structure has been dropped 10th to adjust. The payload 20 is essentially exposed, but is still covered by a heat protection panel after the lower hull structure has been thrown off 22 especially protected from an aerothermomechanical load.

In 5a ist das Hitzeschutzpaneel 22 frontal vor der Nutzlast 20 angeordnet. Nachdem die Nutzlast 20 sich vom Raumtransportfahrzeug 12 gelöst hat, kann das Hitzeschutzpaneel 22 wieder an die Oberfläche der Unterseite des Raumtransportfahrzeugs 12 eingefahren werden, um für den Wiedereintritt des Raumtransportfahrzeuges 12 in die Erdatmosphäre eine aerothermodynamische Belastung auf das Raumtransportfahrzeug 12 aufzunehmen. Das Hitzeschutzpaneel 22 kann bereits unter der Unterrumpfstruktur 10 ausgefahren gewesen sein oder erst nach dem Abwurf der Unterrumpfstruktur 10 ausgefahren werden.In 5a is the heat protection panel 22 head-on in front of the payload 20 arranged. After the payload 20 away from the spacecraft 12th has solved, the heat protection panel 22 back to the surface of the underside of the spacecraft 12th be retracted to for the reentry of the spacecraft 12th an aerothermodynamic load on the spacecraft in the earth's atmosphere 12th to record. The heat protection panel 22 can already under the hull structure 10th have been extended or only after the lower hull structure has been dropped 10th be extended.

6a und 6b zeigen die Konfigurationen ähnlich den 5a und 5b in einer schematischen Frontansicht. 6b zeigt dabei, wie Hitzeschutzpaneele 22 an den Tragflügel 28 einfahrbar sind. Das frontseitige Hitzeschutzpaneel 22, das in 5a und 5b gezeigt ist, ist in 6a und 6b ausgelassen worden. Ähnlich sind die in 6a und 6b gezeigten seitlichen Hitzeschutzpaneele 22 in den 5a und 5b nicht gezeigt. 6a and 6b show the configurations similar to the 5a and 5b in a schematic front view. 6b shows how heat protection panels 22 on the wing 28 are retractable. The front heat protection panel 22 , this in 5a and 5b is shown in 6a and 6b been left out. The are similar in 6a and 6b shown side heat protection panels 22 in the 5a and 5b Not shown.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Hitzeschutzpaneele 22 sowohl vor als auch neben der Nutzlast 20 angeordnet, um diese vor aerothermomechanischen Lasten und anderen äußeren Einflüssen zu schützen. Das Raumtransportfahrzeug 12 kann aber auch mit nur einem oder mehreren frontal zur Nutzlast 20 angeordneten Hitzeschutzpaneel oder Hitzeschutzpaneelen oder mit nur einem oder mehreren seitlich zur Nutzlast 20 angeordneten Hitzeschutzpaneel oder Hitzeschutzpaneelen ausgestattet sein.According to a preferred embodiment, heat protection panels are 22 both before and next to the payload 20 arranged to protect them from aerothermomechanical loads and other external influences. The space transport vehicle 12th can also be used with just one or more head-on payloads 20 arranged heat protection panel or heat protection panels or with only one or more to the side of the payload 20 arranged heat protection panel or heat protection panels.

7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12 mit einer Unterrumpfstruktur 10, wobei die in 7 gezeigte Unterrumpfstruktur 10 ein Radfahrwerk 24 umfasst, das zu Unterstützung des Raumtransportfahrzeugs 12 während seines Startlaufs geeignet ist. Das Radfahrwerk 24 kann bevorzugt separat nach dem Startlauf von der Unterrumpfstruktur und dem Raumtransportfahrzeug 12 gelöst werden oder nach dem Verlassen der Erdatmosphäre zusammen der Unterrumpfstruktur 10 vom Raumtransportfahrzeug 12 abgeworfen werden. Insbesondere in diesem zweiten Fall ist es vorteilhaft, wenn die Unterrumpfstruktur 10 ferner einen Fallschirm für eine sanfte Landung der abgeworfenen Unterrumpfstruktur 10 auf der Erde aufweist, weil vor allem das Radfahrwerk 24 eine erbliche Masse aufweisen kann, die beim Aufprall auf die Erde zu Kollateralschäden führen kann. Weiterhin kann bei einer Fallschirmlandung die mutmaßlich unbeschädigte Unterrumpfstruktur geborgen und widerverwendet werden. 7 shows a further preferred embodiment of a space transport vehicle 12th with a sub-hull structure 10th , with the in 7 shown hull structure 10th a wheel undercarriage 24th includes that in support of the spacecraft 12th is suitable during its starting run. The wheel chassis 24th can preferably be separated from the hull structure and the spacecraft after the take-off run 12th be solved or after leaving the earth's atmosphere together the sub-hull structure 10th from the spacecraft 12th be dropped. In this second case in particular, it is advantageous if the sub-hull structure 10th also a parachute for a gentle landing of the dropped hull structure 10th exhibits on earth because, above all, the wheel chassis 24th may have an inherited mass that can cause collateral damage when impacting the earth. Furthermore, the allegedly undamaged under fuselage structure can be recovered and reused during a parachute landing.

Die vorstehenden beschriebenen Beispiele dienen lediglich der Illustration der Erfindung in einigen bevorzugten Ausführungsformen und sind nicht einschränkend zu verstehen. Darüber hinaus ist es möglich, einzelne Merkmale einzelne Ausführungsformen mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen zu kombinieren.The examples described above serve only to illustrate the invention in some preferred embodiments and are not to be understood as restrictive. In addition, it is possible to combine individual features of individual embodiments with other features of other embodiments.

Claims (9)

Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug (12), wobei die Unterrumpfstruktur (10) zum Verkleiden einer unter einem Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) des Raumtransportfahrzeugs (12) getragenen Nutzlast (20) an dem Raumtransportfahrzeug (12) anbringbar ist und wobei die Unterrumpfstruktur (10) so geformt ist, dass Verdichtungsstöße (14, 18), die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die unter dem Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) angebrachte Unterrumpfstruktur (10) entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel (28) und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.Throwable under hull structure (10) for a hypersonic space transport vehicle (12) following a buoyancy-assisted ascent trajectory, wherein the lower fuselage structure (10) can be attached to the space transport vehicle (12) for covering a payload (20) carried under a fuselage (26) and / or wings (28) of the space transport vehicle (12) and wherein the fuselage structure (10) is shaped in such a way that compression surges (14, 18), which occur in supersonic or hypersonic flight due to the fuselage structure (10) attached under the fuselage (26) and / or wing (28), increase the pressure under the wing (28) and thereby generate compression lift. Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ferner einen Treibstofftank aufweist.Disposable sub-hull structure (10) Claim 1 , characterized in that the further comprises a fuel tank. Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Klappe (16) umfasst, die derart ausfahrbar ist, dass die Verdichtungsstöße (14, 18) unter dem Tragflügel (28) durch die Klappe (16) beeinflussbar sind, wobei insbesondere eine Verschiebung einer Position eines Druckpunkts des Kompressionsauftriebs durch die Klappe (16) erzielbar ist, wobei die Klappe (16) vorzugsweise seitlich an der Unterrumpfstruktur (10) angeordnet ist.Disposable sub-hull structure (10) Claim 1 or 2nd , characterized in that it further comprises a flap (16) which can be extended in such a way that the compression impacts (14, 18) under the wing (28) can be influenced by the flap (16), in particular a displacement of a position of a pressure point of the compression buoyancy can be achieved by the flap (16), the flap (16) preferably being arranged laterally on the lower hull structure (10). Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Radfahrwerk (24) umfasst, das zur Unterstützung des Raumtransportfahrzeugs (12) während eines Startlaufs geeignet ist.Disposable lower hull structure (10) according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a wheel undercarriage (24) which is suitable for supporting the space transport vehicle (12) during a launch run. Abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Fallschirm für eine sanfte Landung der abgeworfenen Unterrumpfstruktur (10) auf der Erde umfasst.A dropable hull structure (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a parachute for a smooth landing of the dropped hull structure (10) on the earth. Raumtransportfahrzeug (12) mit einem Rumpf (26) und einem Tragflügel (28), das dazu ausgestaltet ist, einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie mit Überschallgeschwindigkeit oder Hyperschallgeschwindigkeit zu folgen, umfassend eine abwerfbare Unterrumpfstruktur (10), die zum Verkleiden einer unter dem Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) getragenen Nutzlast (20) lösbar unter dem Raumtransportfahrzeug (12) angebracht ist, wobei die Unterrumpfstruktur (10) so geformt und an dem Raumtransportfahrzeug (12) angeordnet ist, dass Verdichtungsstöße (14, 18), die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel (28) und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.Space transport vehicle (12) with a fuselage (26) and a wing (28), which is designed to follow a lift-assisted ascent trajectory with supersonic or hypersonic speed, comprising a detachable lower fuselage structure (10) which is detachably attached under the space transport vehicle (12) to cover a payload (20) carried under the fuselage (26) and / or wings (28), wherein the sub-fuselage structure (10) is shaped and arranged on the space transport vehicle (12) in such a way that compression shocks (14, 18), which arise from the sub-fuselage structure in supersonic or hypersonic flight, generate an increase in pressure under the wing (28) and thereby compression lift. Raumtransportfahrzeug (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abwerfbare Unterrumpfstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5 ausgebildet ist.Space transport vehicle (12) after Claim 6 , characterized in that the dropable hull structure (10) according to one of the Claims 2 to 5 is trained. Raumtransportfahrzeug (12) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumtransportfahrzeug (12) nach einem Abwerfen der Unterrumpfstruktur (10) eine flache Unterseite aufweist.Space transport vehicle (12) according to one of the Claims 6 and 7 , characterized in that the space transport vehicle (12) has a flat underside after the lower hull structure (10) has been thrown off. Raumtransportfahrzeug (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Hitzeschutzpaneel (22) umfasst, das vom Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) ausfahrbar ist, um die Nutzlast (20) nach einem Abwerfen der Unterrumpfstruktur (10) vor einer aerothermomechanischen Last zu schützen, und an den Rumpf (26) und/oder Tragflügel (28) einfahrbar ist, insbesondere um bei einem Wiedereintritt des Raumtransportfahrzeugs (12) in die Erdatmosphäre eine aerothermodynamische Belastung auf das Raumtransportfahrzeug (12) aufzunehmen.Space transport vehicle (12) according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that it further comprises a heat protection panel (22) which can be extended from the fuselage (26) and / or wing (28) in order to protect the payload (20) from an aerothermomechanical load after the lower hull structure (10) has been thrown off , and on the fuselage (26) and / or wing (28) can be retracted, in particular in order to absorb an aerothermodynamic load on the space transport vehicle (12) when the space transport vehicle (12) re-enters the earth's atmosphere.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3137460A (en) 1957-11-01 1964-06-16 North American Aviation Inc Improving supersonic lift-to-drag ratio by compression shock

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