专利名称：贮箱液体推进剂量测量方法
技术领域：
本发明涉及航天器贮箱推进剂量测量领域，具体而言，涉及一种贮箱液体推进剂
量测量方法。
背景技术：
推进剂量信息在航天航空及低温领域都有重大意义，航天器液体推进剂量的多少直接关系到航天器的寿命和对航天器任务的安排，因此在航天执行任务期间，尽可能精确地估算出贮箱内推进剂量。例如，在深空探测任务中，在飞行器处于无动力环绕地球自由飞行阶段和离开地球轨道时，发动机要重新启动一次，甚至多次。因此，必须确保在执行探测任务前有足够的推进剂，对飞行器的轨道机动能力进行准确的预估，从而使一种高精度、稳定、可靠的用于微重力条件下的液体推进剂测量方法成为了关键。对于目前兴起的空间液体推进剂在轨加注技术，同样需要准确地测量液体推进剂量，从而决定在轨加注的时机和需要加注的推进剂量；推进剂量的在轨检测结果，直接影响提供加注服务的航天器的选择和发射系统的反应时间。特别是针对“多对多”场景的在轨加注任务，即多个服务航天器对多个目标航天器实施在轨加注，推进剂量的精确检测结果可以作为在轨加注路径优化的输入量，为优化在轨加注路径提供可靠的参考。传统推进剂量测量方法主要针对卫星上静止封闭系进行推进剂量测量，而且测量精度也不高，目前成功应用于卫星上的方法包括簿记法和气体定律法，前者受到累计误差影响，测量精度逐渐降低，后者在贮箱泄露情况下不具适用性。这些方法的使用还有许多限制条件一是对贮箱类型有要求，如放射性测量法只能用于隔膜贮箱；二是推进剂类型有要求，如热量法不能应用于低温推进剂；三是对贮箱系统需要施加额外的扰动，如流体动力学方法需要增加动力装置对贮箱系统施加一定的加速度，得到规则液面进行测量；四是测量方法受到建模精度影响，在微重力条件下流体动力学行为都与地面有较大不同，对贮箱系统施加一定的热量会存在温度分层现象，光学法施加光线行走的光路具有很大的不确定性，此外，还需要测量装置质量轻、体积小、功耗低、重复性好等多方面的限制条件，这些限制条件往往导致测量困难甚至不可测。而对于有流体流出的贮箱开系，目前还没有较好的方法实现对其推进剂量实时测量。对于需要多次点火重启工作的火箭发动机而言，实时预测推进剂量保证贮箱内用充足的燃料供应是其正常工作的可靠保障。
发明内容
本发明旨在提供一种高精度的实时测量贮箱内推进剂量的贮箱液体推进剂量测量方法，以解决现有技术中有外部增压气体进入贮箱，同时又有推进剂流出时贮箱内剩余推进剂量的无法动态测量的问题。本发明提供了一种贮箱液体推进剂量测量方法，包括以下步骤步骤S1:通过贮箱压力传感器测量贮箱内的气体部分的初始压力，利用贮箱温度传感器测量贮箱内的气体部分初始温度和贮箱壁面初始温度；通过气瓶压力传感器和气瓶温度传感器测量气瓶内初始压力和初始温度；利用推进剂量静态测量方法预估初始气体体积Vtl和贮箱内剩余液体推进剂量Hiltl ;步骤S2 :建立贮箱开系增压过程的传热传质数学模型，利用测量好的初始条件进行仿真计算，得到气相温度、气相压力随时间和贮箱内推进剂量的变化关系；步骤S3 通过气瓶向贮箱注入增压气体，维持时间与仿真模拟时间一致，并保持管路具有良好密封性；步骤S4 :测量预设时刻贮箱内的气体部分的气体压力和气体温度，并与仿真结果进行对比；步骤S5 :根据仿真结果与实验结果，拟合出来实际推进剂流量，在已知初始推进剂量的情况下，通过公式叫= 计算任何时刻贮箱内的剩余推进剂量。进一步地，在步骤S2中，数学模型包括其中，下标g表示气相，下标I为液相；气
相连续性方程液相连续性方程其中mgl为气相中增压气体
权利要求
1.一种贮箱液体推进剂量测量方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤S1:通过贮箱压力传感器(5)测量贮箱(I)内的气体部分(3)的初始压力，利用贮箱温度传感器(6)测量所述贮箱(I)内的气体部分(3)初始温度和所述贮箱(I)壁面初始温度；通过气瓶压力传感器(5’)和气瓶温度传感器(6’)测量气瓶(4)内初始压力和初始温度；利用推进剂量静态测量方法预估初始气体体积％和贮箱内剩余液体推进剂量m1(l ； 步骤S2 :建立贮箱开系增压过程的传热传质数学模型，利用测量好的初始条件进行仿真计算，得到气相温度、气相压力随时间和贮箱内推进剂量的变化关系； 步骤S3 :通过所述气瓶(4)向所述贮箱(I)注入增压气体，维持时间与仿真模拟时间一致，并保持管路具有良好密封性； 步骤S4 :测量预设时刻贮箱(I)内的气体部分(3 )的气体压力和气体温度，并与仿真结果进行对比； 步骤S5 :根据仿真结果与实验结果，拟合出来实际推进剂流量，在已知初始推进剂量的情况下，通过公式wI =" 计算任何时刻所述贮箱(O内的剩余推进剂量。
2.根据权利要求1所述的贮箱液体推进剂量测量方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述数学模型包括其中，下标g表示气相，下标I为液相； 气相连续性方程年
3.根据权利要求1所述的贮箱液体推进剂量测量方法，其特征在于，在所述步骤SI中， 所述推进剂量静态测量方法为气体注入法；通过向所述贮箱(I)注入预设质量的外部高压气体，通过测量注入后贮箱温度和压力变化，计算液体推进剂的体积量。
4.根据权利要求1所述的贮箱液体推进剂量测量方法，其特征在于，在所述步骤SI中， 所述推进剂量静态测量方法为体积激励法；通过使所述贮箱(I)变化预设体积，利用气体热力学方程和初始终态温度压力测量数据及体积激励幅值计算出气体体积，再由贮箱总体积和液体密度计算所述贮箱(I)内液体推进剂体积和质量。
5.根据权利要求1所述的贮箱液体推进剂量测量方法，其特征在于，在所述步骤SI中， 所述推进剂量静态测量方法为光学衰减法；通过在所述贮箱(I)顶部向所述贮箱(I)内部发射已知光线，通过安装在所述贮箱(I) 内部的接收器测量光线能量密度，并与已知光线的光线能量密度比较，通过光线能量密度改变量与液体量的关系，计算所述贮箱(I)内液体推进剂体积或质量。
全文摘要
本发明提供了一种贮箱液体推进剂量测量方法，包括以下步骤步骤S1测量贮箱和气瓶初始压力和温度，并利用推进剂量静态测量方法预估初始气体体积V0和贮箱内剩余液体推进剂量ml0；步骤S2建立贮箱开系增压过程的传热传质数学模型，利用测量好的初始条件进行仿真计算，得到气相温度、气相压力随时间和贮箱内推进剂量的变化关系；步骤S3通过气瓶向贮箱注入增压气体，维持时间与仿真模拟时间一致，并保持管路具有良好密封性；步骤S4测量预设时刻贮箱内的气体部分的气体压力和气体温度，并与仿真结果进行对比；步骤S5根据仿真结果与实验结果，拟合出来实际推进剂流量，在已知初始推进剂量的情况下，通过公式计算任何时刻贮箱内的剩余推进剂量。
文档编号G01F22/02GK103017852SQ20121058387
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者黄奕勇, 陈小前, 傅娟, 李晓龙, 赵勇, 姚雯 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学