卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法和装置与流程

本发明涉及卫星热控技术领域，具体涉及一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法和装置。

背景技术：

卫星贮箱用于贮存推进剂等液体工质，贮箱上设置有供气管路，在需要时供入增压气体，从而将贮箱内的工质挤出使用。贮箱在轨存贮期间，箱内液体工质蒸发并扩散至供气管路，导致供气管路内存在增压气体和工质蒸汽的混合物。供气管路需要采取电加热和包覆多层隔热组件的热控措施，防止工质蒸汽在供气管路内凝结、凝固，堵塞供气管路中的狭窄通道。尤其是对于沸点较低、冰点较高的工质，如绿色四氧化二氮，供气管路采取电加热措施是必要的。

目前，对于有必要采取电加热措施的卫星贮箱供气管路，传统上是对整个供气管路进行电加热。由于供气管路较长，为了保证加热均匀性和安全性，通常分数段进行电加热控温。

然而，传统上卫星贮箱供气管路加热长度取为整个供气管路的长度，总加热功率大、测温和加热路数多，系统复杂，消耗较多卫星上的资源。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明提供一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法和装置，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法，所述加热长度确定方法包括：

根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率；

确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数；

以及，基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

进一步地，所述根据目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率，包括：

根据所述目标贮箱的供气管路及管路元件的通径，确定所述供气管路的最大固体量；

以及，根据所述目标卫星的飞行程序模式，确定所述目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔；

基于所述最大固体量和所述两次供应增压气体的最长时间间隔，获取所述供气管路的固体工质生成最大速率g。

进一步地，所述确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数，包括：

根据公式一计算所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d：

在公式一中，mab为工质蒸汽和增压气体的折合分子量；vba和vbb分别为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积；t为贮箱内液体工质温度；p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；为苏士南sutherland常数。

进一步地，所述基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度，包括：

根据所述固体工质生成最大速率g和质扩散系数d，基于公式二获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度l：

在公式二中，a2为供气管路的加热长度的最大距离处的供气管路截面积；p0为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；rm为工质蒸汽的气体常数；t为贮箱内液体工质温度；pm,1为工质在对应温度下的饱和压力；h为贮箱气垫高度；a1为贮箱内液体工质的液面处的贮箱截面积。

第二方面，本发明提供一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统，所述加热长度确定系统包括：

固体工质生成最大速率确定模块，用于根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率；

质扩散系数确定模块，用于确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数；

供气管路的加热长度获取模块，用于基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

进一步地，所述固体工质生成最大速率确定模块包括：

最大固体量确定单元，用于根据所述目标贮箱的供气管路及管路元件的通径，确定所述供气管路的最大固体量；

增压气体的最长时间间隔确定单元，用于根据所述目标卫星的飞行程序模式，确定所述目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔；

固体工质生成最大速率g获取单元，用于基于所述最大固体量和所述两次供应增压气体的最长时间间隔，获取所述供气管路的固体工质生成最大速率g。

进一步地，所述质扩散系数确定模块，用于根据公式一计算所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d：

在公式一中，mab为工质蒸汽和增压气体的折合分子量；vba和vbb分别为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积；t为贮箱内液体工质温度；p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；为苏士南sutherland常数。

进一步地，所述供气管路的加热长度获取模块，用于根据所述固体工质生成最大速率g和质扩散系数d，基于公式二获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度l：

在公式二中，a2为供气管路的加热长度的最大距离处的供气管路截面积；p0为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；rm为工质蒸汽的气体常数；t为贮箱内液体工质温度；pm,1为工质在对应温度下的饱和压力；h为贮箱气垫高度；a1为贮箱内液体工质的液面处的贮箱截面积。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明提供的卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法和装置，该卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法包括：根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率；确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数；以及，基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度；能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的流程示意图；

图2是本发明的卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中步骤100的流程示意图；

图3是本发明的卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的应用实例的流程示意图；

图4是本发明的卫星贮箱的供气管路的结构示意图；

图5是本发明实施例二中的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统的结构示意图；

图6是本发明实施例三中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一提供一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的具体实施方式，参见图1，所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法具体包括如下内容：

步骤100：根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率。

在步骤100中，参见图2，卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统首先根据所述目标贮箱的供气管路及管路元件的通径，确定所述供气管路的最大固体量m(单位为kg)；并根据所述目标卫星的飞行程序模式，确定所述目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔△t(单位：s)；最后基于所述最大固体量和所述两次供应增压气体的最长时间间隔，获取所述供气管路的固体工质生成最大速率g。

可以理解的是，所述目标贮箱的管路元件为目标贮箱的供气管路上的辅助元件，例如孔板、阀门等元件，在上述描述中，若所述供气管路和其上的辅助元件的通径相同，则确定所述目标贮箱的最大固体量m为能够通过所述供气管路的通径的最大固体量；若所述供气管路的通径大于其上的辅助元件的通径，则确定所述目标贮箱的最大固体量m为能够通过所述辅助元件中的最小通径的最大固体量。

可以理解的是，所述目标卫星的飞行程序模式中表明卫星的推进系统进行增压的时间间隔，并将该时间间隔确定为所述目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔△t。

可以理解的是，所述基于所述最大固体量m和所述两次供应增压气体的最长时间间隔△t，基于下述公式计算供气管路允许的固体工质生成速率g(单位：kg/s)：

g＝cm/△t

在上述公式中，c为系统设计余量，一般取0.8～0.9。

步骤200：确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数。

在步骤200中，卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统根据工质蒸汽和增压气体的折合分子量mab、工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积vba和vbb、贮箱内液体工质温度t、工质蒸汽和增压气体混合物的压力p和苏士南sutherland常数计算所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d。

步骤300：基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

在步骤300中，卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统根据所述固体工质生成最大速率g、质扩散系数d、供气管路的加热长度的最大距离处的供气管路截面积a2、工质蒸汽和增压气体混合物的压力p0、工质蒸汽的气体常数rm、贮箱内液体工质温度t、工质在对应温度下的饱和压力pm,1、贮箱气垫高度h和贮箱内液体工质的液面处的贮箱截面积a1，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度l。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效。

在一种具体实施方式中，所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中步骤200具体包括如下内容：

根据公式一计算所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d：

在公式一中，mab为工质蒸汽和增压气体的折合分子量；vba和vbb分别为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积；t为贮箱内液体工质温度；p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；为苏士南sutherland常数。

其中，在上述公式一中，mab为折合分子量，根据工质蒸汽和增压气体的分子量ma和mb由下式计算：

其中，vba、vbb为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积，单位为cm³·mol^-1；t为贮箱内液体工质温度，单位为k；p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力，单位为bar；

其中，在上述公式一中，为sutherland常数，由下式计算：

其中：cs为常数，若工质蒸汽和增压气体均为非极性气体(包括弱极性分子)，取cs＝1.0；若工质蒸汽和增压气体中有强极性气体(包括氢键缔合分子)，则取cs＝0.733；tba和tbb分别为工质蒸汽和增压气体的正常沸点，单位为k。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法，通过准确且高效地计算得到所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效。

在一种具体实施方式中，所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中步骤300具体包括如下内容：

根据所述固体工质生成最大速率g和质扩散系数d，基于公式二获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度l：

在公式二中，a2为供气管路的加热长度的最大距离处的供气管路截面积；p0为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；rm为工质蒸汽的气体常数；t为贮箱内液体工质温度；pm,1为工质在对应温度下的饱和压力；h为贮箱气垫高度；a1为贮箱内液体工质的液面处的贮箱截面积。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

为进一步地说明本方案，本发明还提供一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的应用实例，参见图3，所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法具体包括如下内容：

(1)根据供气管路及其管路元件通径，确定供气管路允许的最大固体量m(单位：kg)；

(2)根据卫星工作模式，确定贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔△t(单位：s)；

(3)计算供气管路允许的固体工质生成速率g(单位：kg/s)

g＝cm/△t

其中c为系统设计余量，一般取0.8～0.9；

(4)计算工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d(单位：cm²/s)：

其中：mab为折合分子量，根据工质蒸汽和增压气体的分子量ma和mb由下式计算：

vba、vbb为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积，cm³·mol^-1；

t为贮箱内液体工质温度，单位为k；

p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力，单位为bar；

为sutherland常数，由下式计算：

其中：cs为常数，若工质蒸汽和增压气体均为非极性气体(包括弱极性分子)，取cs＝1.0；若工质蒸汽和增压气体中有强极性气体(包括氢键缔合分子)，则取cs＝0.733

tba和tbb分别为工质蒸汽和增压气体的正常沸点，单位为k；

(5)计算需电加热控温的供气管路长度l(单位：m)

其中：参见图4，a2为图4中位置2处供气管路截面积，单位为m²；

p0为工质蒸汽和增压气体混合物的压力，单位为pa；

rm为工质蒸汽的气体常数，单位为j/kg·k；

t为贮箱内液体工质温度，单位为k；

pm,1为工质在对应温度下的饱和压力，单位为pa；

h为贮箱气垫高度，单位为m；

a1为图4中位置1处贮箱截面积，单位为m²。

从上述描述可知，本发明的应用实例提供的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

本发明的实施例二提供一种能够实现所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中全部步骤的一种卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统的具体实施方式，参见图5，所述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统具体包括如下内容：

固体工质生成最大速率确定模块10，用于根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量管路的固体工质生成最大速率。

在固体工质生成最大速率确定模块10中，具体包括：最大固体量确定单元，用于根据所述目标贮箱的供气管路及管路元件的通径，确定所述供气管路的最大固体量；

增压气体的最长时间间隔确定单元，用于根据所述目标卫星的飞行程序模式，确定所述目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔；

固体工质生成最大速率g获取单元，用于基于所述最大固体量和所述两次供应增压气体的最长时间间隔，获取所述供气管路的固体工质生成最大速率g。

质扩散系数确定模块20，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气，用于确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数。

在质扩散系数确定模块20中，所述质扩散系数确定模块，用于根据公式一计算所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数d：

在公式一中，mab为工质蒸汽和增压气体的折合分子量；vba和vbb分别为工质蒸汽和增压气体在正常沸点下液体的克分子体积；t为贮箱内液体工质温度；p为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；为苏士南sutherland常数。

供气管路的加热长度获取模块30，用于基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

在所述供气管路的加热长度获取模块30中，所述供气管路的加热长度获取模块30用于根据所述固体工质生成最大速率g和质扩散系数d，基于公式二获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度l：

在公式二中，a2为供气管路的加热长度的最大距离处的供气管路截面积；p0为工质蒸汽和增压气体混合物的压力；rm为工质蒸汽的气体常数；t为贮箱内液体工质温度；pm,1为工质在对应温度下的饱和压力；h为贮箱气垫高度；a1为贮箱内液体工质的液面处的贮箱截面积。

本发明提供的卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统的实施例具体可以用于执行上述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的卫星贮箱的供气管路的加热长度确定系统，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

本发明的实施例三提供能够实现上述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图6，所述电子设备具体包括如下内容：

处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口(communicationsinterface)603和总线604；

其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现卫星的目标贮箱中各元件与计算单元等相关设备之间的信息传输；

所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤100：根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率。

步骤200：确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数。

步骤300：基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的电子设备，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

本发明的实施例四提供能够实现上述卫星贮箱的供气管路的加热长度确定方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤100：根据设置在卫星上的目标贮箱的供气管路的最大固体量，以及，该目标贮箱两次供应增压气体的最长时间间隔，确定供气管路的固体工质生成最大速率。

步骤200：确定所述目标贮箱中的工质蒸汽和增压气体混合物的质扩散系数。

步骤300：基于所述固体工质生成最大速率和质扩散系数，获取所述目标贮箱的供气管路的加热长度。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的计算机可读存储介质，能够准确且可靠地确定卫星贮箱的供气管路中，需要进行的电加热控温的加热长度，且确定过程高效，能够根据实际需求对卫星贮箱的供气管路进行有选择性的加热，进而能够有效地减少卫星资源的消耗，并为卫星运行的稳定性提供了可靠的运行基础。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。