一种推进剂剩余量测量系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种推进剂剩余量测量系统，包括气瓶、压力传感器、自锁阀、压差计、及推进剂贮箱。本发明还提供一种推进剂剩余量测量方法，包括设置自锁阀的状态；控制自锁阀，使两个气瓶和两个贮箱初始状态一致；控制自锁阀，使其中一个气瓶放弃，一个气瓶状态保持，一个贮箱增压，一个贮箱状态保持，并记录测量系统的压力、温度计压差值；控制自锁阀，还原系统的初始状态；根据记录的测量系统压力、温度及压差值计算推进剂的剩余体积。采用本发明的方法，不仅能够省去原有气体注入法的气容配置，还大幅度提高了测量次数，可达到50次以上。
【专利说明】一种推进剂剩余量测量系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效利用双组元推进剂的推进剂剩余量测量系统和方法，属于卫星双组元推进系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着卫星技术的发展和应用前景的日益广泛，特别是长寿命卫星的投入使用，对卫星整体管理水平和卫星使用效率提出了越来越高的要求。卫星推进剂剩余量测量是卫星在轨管理的一个重要组成部分，由于一旦推进剂耗尽卫星就结束了寿命，因此通过对推进剂的精确测量就能够有效管理卫星的工作寿命，从而获得显著的经济效益。由于卫星工作环境的特殊性和卫星本身结构及重量的限制，使得直接准确测量贮箱内的推进剂量成为一项比较困难的工作。为了精确地预测卫星的工作寿命，本领域技术人员在微重力下液体量测量方面已进行了很多努力，尤其是在卫星寿命接近结束时对少量剩余推进剂的预测方面——此时的测量精度会随着推进剂的不断消耗而急剧下降。他们先后发展和应用了流量计技术、压力-体积-温度(PVT)技术、放射性示踪技术、放射性吸收技术、薄记(BK)技术、射频技术、超声波技术、气体注入激励技术、体积激励技术、推进剂晃动幅度频率相位技术、及其它技术。归纳起来，空间推进剂剩余量测量存在的主要问题有:常用测量方法的不确定度高；确定度较高的测量方法通用性差；一些方法不成熟，其稳定性和可靠性不能保证；一些测量精度高的方法测量次数有限，不能多次使用。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，提供一种推进剂剩余量测量系统和方法。
[0004]本发明解决上述技术问题采用的技术方案包括:
[0005]根据本发明的一个方面，其提供了一种推进剂剩余量测量系统，包括:第一气瓶和第二气瓶，第一气瓶和第二气瓶均位于系统的最上游，并且第一气瓶上设置有第一温度传感器，第二气瓶上设置有第二温度传感器；第六自锁阀和第一压差计并联连接在第一气瓶和第二气瓶之间；第一气瓶的下游连接有第一压力传感器；第五自锁阀，连接在第一压力传感器的下游；第一自锁阀和第三自锁阀，并联连接在第五自锁阀的下游；第一自锁阀的下游顺序连接第二压力传感器、第一贮箱、以及第二自锁阀；第三自锁阀的下游顺序连接第三压力传感器、第二贮箱、以及第四自锁阀，第二自锁阀和第四自锁阀的下游端共同并联至下游液路；并且，第二压差计的两端分别连接至第一自锁阀的下游端和第三自锁阀的下游端，第一贮箱上设置有第三温度传感器，第二贮箱上设置有第四温度传感器。
[0006]根据本发明的另一个方面，其提供了一种推进剂剩余量测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007](I)测量第一贮箱中的推进剂剩余量的步骤包括:
[0008](11)设置第二自锁阀、第三自锁阀、第五自锁阀都处于关闭状态，并且第一自锁阀、第四自锁阀、第六自锁阀处于开启状态；
[0009](12)打开第三自锁阀，等待两个贮箱的温度和压力达到稳定；
[0010](13)关闭第三自锁阀和第六自锁阀，打开第五自锁阀，给第一贮箱加气；然后，关闭第五自锁阀，待第一气瓶和第一贮箱内的温度和压力保持稳定后，记录未进行放气的第二气瓶的压力值和温度值、以及未进行增压的第二推进剂贮箱的压力值和温度值作为计算的初态值，同时，记录第一压差计的压差值与第二气瓶的压力值的相加值作为第一气瓶压力的末态值，第二压差计的压差值与第二推进剂贮箱的压力值的相加值作为第一贮箱压力的末态值，第一气瓶和第一忙箱内的温度值作为计算温度的末态值；
[0011](14)打开第三自锁阀和第六自锁阀，待第一气瓶和第二气瓶、以及第一贮箱和第二推进剂贮箱中的压力不再变化后，关闭第三自锁阀和第六自锁阀；
[0012](15)根据前述步骤中得到的压力、压差和温度数据，以及预先测量的气瓶、贮箱的体积数据，应用卫星推进剂剩余量测量系统模型即可确定第一贮箱中的剩余推进剂体积，其中，推进剂剩余量测量系统模型如下:
【权利要求】
1.一种推进剂剩余量测量系统，其特征在于，包括: 第一气瓶(I)和第二气瓶(2),第一气瓶(I)和第二气瓶(2)均位于系统的最上游,并且第一气瓶(I)上设置有第一温度传感器，第二气瓶(2)上设置有第二温度传感器； 第六自锁阀(LV6)和第一压差计(DPI)并联连接在第一气瓶(I)和第二气瓶(2)之间；第一气瓶(I)的下游连接有第一压力传感器(PD ; 第五自锁阀(LV5)，连接在第一压力传感器(Pl)的下游； 第一自锁阀(LVl)和第三自锁阀(LV3)，并联连接在第五自锁阀(LV5)的下游；第一自锁阀(LVl)的下游顺序连接第二压力传感器(P2)、第一贮箱(TANK-A)、以及第二自锁阀(LV2);第三自锁阀(LV3)的下游顺序连接第三压力传感器(P3)、第二贮箱(ΤΑΝΚ-B)、以及第四自锁阀(LV4)，第二自锁阀(LV2)和第四自锁阀(LV4)的下游端共同并联至下游液路；并且，第二压差计(DP2)的两端分别连接至第一自锁阀(LVl)的下游端和第三自锁阀(LV3)的下游端，第一贮箱(TANK-A)上设置有第三温度传感器，第二贮箱(TANK-B)上设置有第四温度传感器。
2.一种基于权利要求1所述的系统的推进剂剩余量测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (I)测量第一贮箱(TANK-A)中的推进剂剩余量的步骤包括: (II)设置第二自锁阀(LV2)、第三自锁阀(LV3)、第五自锁阀(LV5)都处于关闭状态，并且第一自锁阀(LV1)、第四自锁阀(LV4)、第六自锁阀(LV6)处于开启状态； (12)打开第三自锁阀(LV3)，等待两个贮箱的温度和压力达到稳定； (13)关闭第三自锁阀(LV3)和第六自锁阀(LV6)，打开第五自锁阀(LV5)，给第一贮箱(TANK-A)加气；然后，关闭第五自锁阀(LV5)，待第一气瓶(I)和第一贮箱(TANK-A)内的温度和压力保持稳定后，记录未进行放气的第二气瓶(2)的压力值和温度值、以及未进行增压的第二贮箱(TANK-B)的压力值和温度值作为计算的初态值，同时，记录第一压差计(DPI)的压差值与第二气瓶(2)的压力值的相加值作为第一气瓶压力的末态值，第二压差计(DP2)的压差值与第二贮箱(TANK-B)的压力值的相加值作为第一贮箱压力的末态值，第一气瓶(I)和第一贮箱(TANK-A)内的温度值作为计算温度的末态值； (14)打开第三自锁阀(LV3)和第六自锁阀(LV6)，待第一气瓶(I)和第二气瓶(2)、以及第一贮箱(TANK-A)和第二贮箱(TANK-B)中的压力不再变化后，关闭第三自锁阀(LV3)和第六自锁阀(LV6)； (15)根据前述步骤中得到的压力、压差和温度数据，以及预先测量的气瓶、贮箱的体积数据，应用卫星推进剂剩余量测量系统模型即可确定第一贮箱(TANK-A)中的剩余推进剂体积，其中，推进剂剩余量测量系统模型如下:
Ppi Ppf
T Z.T fZ r V1- 1Y Rtp # 八 + K，其中
Ki V
TuiZui TufZuf 上式中，V1是推进剂的体积；Ppi是气瓶的初态压力值；Ppf是气瓶的末态压力值；Tpi是气瓶的初态温度值；Tpf是气瓶的末态温度值；vp是气瓶的体积；Vt是贮箱的体积；Pui是贮箱内初态压力值；puf是贮箱内末态压力值；Tui是贮箱内初态氦气温度；Tuf是贮箱内末态氦气温度；zpi是气瓶的初态氦气压缩因子，Zpf是气瓶的末态氦气压缩因子，Zui是贮箱内初态氦气压缩因子，Zuf是忙箱内末态氦气压缩因子，Zp1、Zpf、Zu1、Zuf根据试验得到； (2)测量第二贮箱(TANK-B)中的推进剂剩余量的步骤包括: (21)设置第二自锁阀(LV2)、第三自锁阀(LV3)、第五自锁阀(LV5)都处于关闭状态，并且第一自锁阀(LV1)、第四自锁阀(LV4)、第六自锁阀(LV6)处于开启状态； (22)打开第三自锁阀(LV3)，等待两个贮箱的温度和压力达到稳定； (23)关闭第一自锁阀(LVl)和第六自锁阀(LV6)，打开第五自锁阀(LV5)，给第二贮箱(TANK-B)加气；然后关闭第五自锁阀(LV5)，待第一气瓶(I)和第二贮箱(TANK-B)内的温度和压力保持稳定后，记录未进行放气的第二气瓶(2)的压力值和温度值、以及未进行增压的第一贮箱(TANK-A)的压力值和温度值作为计算初态值，同时，记录第一压差计(DPI)中的压差值与第二气瓶(2)的压力值的相加值作为气瓶压力的末态值，第二压差计(DP2)中的压差值与第二贮箱(TANK-B)的压力值的相加值作为贮箱压力的末态值，第一气瓶(I)和第二贮箱(TANK-B)内的温度值作为计算温度的末态值； (24)打开第一自锁阀(LVl)和第六自锁阀(LV6),待第一气瓶(I)和第二气瓶(2)、以及第一贮箱(TANK-A)和第二贮箱(TANK-B)中的压力不再变化后，关闭第三自锁阀(LV3)和第六自锁阀(LV6)； (25)根据前述步骤中得到的压力、压差和温度数据，以及预先测量的气瓶、贮箱的体积数据，应用卫星推进剂剩余量测量系统模型即可确定第二贮箱(TANK-B)中的剩余推进剂体积，其中，推进剂剩余量测量系统模型如下:
,其中 上式中，V1是推进剂的体积；Ppi是气瓶的初态压力值；Ppf是气瓶的末态压力值；Tpi是气瓶的初态温度值；Tpf是气瓶的末态温度值；vp是气瓶的体积；Vt是贮箱的体积；Pui是贮箱内初态压力值；puf是贮箱内末态压力值；Tui是贮箱内初态氦气温度；Tuf是贮箱内末态氦气温度；zpi是气瓶的初态氦气压缩因子，Zpf是气瓶的末态氦气压缩因子，Zui是贮箱内初态氦气压缩因子，Zuf是忙箱内末态氦气压缩因子，Zp1、Zpf、Zu1、Zuf根据试验得到。
【文档编号】G01F22/02GK104075769SQ201410302905
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】李泽, 宋涛, 马云华, 林震, 李文, 唐飞, 李湘宁, 张广科, 樊超, 张琰, 成聪, 毕强 申请人:北京控制工程研究所