[發明專利]一種推進劑剩余量測量系統和方法

有效

• 申請號: 201410302905.4
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104075769B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 李澤;宋濤;馬云華;林震;李文;唐飛;李湘寧;張廣科;樊超;張琰;成聰;畢強
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

1.一種基于推進劑剩余量測量系統的推進劑剩余量測量方法，推進劑剩余量測量系統，包括：

第一氣瓶(1)和第二氣瓶(2)，第一氣瓶(1)和第二氣瓶(2)均位于系統的最上游，并且第一氣瓶(1)上設置有第一溫度傳感器，第二氣瓶(2)上設置有第二溫度傳感器；

第六自鎖閥(LV6)和第一壓差計(DP1)并聯連接在第一氣瓶(1)和第二氣瓶(2)之間；第一氣瓶(1)的下游連接有第一壓力傳感器(P1)；

第五自鎖閥(LV5)，連接在第一壓力傳感器(P1)的下游；

第一自鎖閥(LV1)和第三自鎖閥(LV3)，并聯連接在第五自鎖閥(LV5)的下游；第一自鎖閥(LV1)的下游順序連接第二壓力傳感器(P2)、第一貯箱(TANK-A)、以及第二自鎖閥(LV2)；第三自鎖閥(LV3)的下游順序連接第三壓力傳感器(P3)、第二貯箱(TANK-B)、以及第四自鎖閥(LV4)，第二自鎖閥(LV2)和第四自鎖閥(LV4)的下游端共同并聯至下游液路；并且，第二壓差計(DP2)的兩端分別連接至第一自鎖閥(LV1)的下游端和第三自鎖閥(LV3)的下游端,第一貯箱(TANK-A)上設置有第三溫度傳感器，第二貯箱(TANK-B)上設置有第四溫度傳感器；

其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)測量第一貯箱(TANK-A)中的推進劑剩余量的步驟包括：

(11)設置第二自鎖閥(LV2)、第三自鎖閥(LV3)、第五自鎖閥(LV5)都處于關閉狀態，并且第一自鎖閥(LV1)、第四自鎖閥(LV4)、第六自鎖閥(LV6)處于開啟狀態；

(12)打開第三自鎖閥(LV3)，等待兩個貯箱的溫度和壓力達到穩定；

(13)關閉第三自鎖閥(LV3)和第六自鎖閥(LV6)，打開第五自鎖閥(LV5)，給第一貯箱(TANK-A)加氣；然后，關閉第五自鎖閥(LV5)，待第一氣瓶(1)和第一貯箱(TANK-A)內的溫度和壓力保持穩定后，記錄未進行放氣的第二氣瓶(2)的壓力值和溫度值、以及未進行增壓的第二貯箱(TANK-B)的壓力值和溫度值作為計算的初態值，同時，記錄第一壓差計(DP1)的壓差值與第二氣瓶(2)的壓力值的相加值作為第一氣瓶壓力的末態值，第二壓差計(DP2)的壓差值與第二貯箱(TANK-B)的壓力值的相加值作為第一貯箱壓力的末態值，第一氣瓶(1)和第一貯箱(TANK-A)內的溫度值作為計算溫度的末態值；

(14)打開第三自鎖閥(LV3)和第六自鎖閥(LV6)，待第一氣瓶(1)和第二氣瓶(2)、以及第一貯箱(TANK-A)和第二貯箱(TANK-B)中的壓力不再變化后，關閉第三自鎖閥(LV3)和第六自鎖閥(LV6)；

(15)根據前述步驟中得到的壓力、壓差和溫度數據，以及預先測量的氣瓶、貯箱的體積數據，應用衛星推進劑剩余量測量系統模型即可確定第一貯箱(TANK-A)中的剩余推進劑體積，其中，推進劑剩余量測量系統模型如下：

其中

上式中，V_l是推進劑的體積；P_pi是氣瓶的初態壓力值；P_pf是氣瓶的末態壓力值；T_pi是氣瓶的初態溫度值；T_pf是氣瓶的末態溫度值；V_p是氣瓶的體積；V_t是貯箱的體積；P_ui是貯箱內初態壓力值；P_uf是貯箱內末態壓力值；T_ui是貯箱內初態氦氣溫度；T_uf是貯箱內末態氦氣溫度；Z_pi是氣瓶的初態氦氣壓縮因子，Z_pf是氣瓶的末態氦氣壓縮因子，Z_ui是貯箱內初態氦氣壓縮因子，Z_uf是貯箱內末態氦氣壓縮因子，Z_pi、Z_pf、Z_ui、Z_uf根據試驗得到；

(2)測量第二貯箱(TANK-B)中的推進劑剩余量的步驟包括：

(21)設置第二自鎖閥(LV2)、第三自鎖閥(LV3)、第五自鎖閥(LV5)都處于關閉狀態，并且第一自鎖閥(LV1)、第四自鎖閥(LV4)、第六自鎖閥(LV6)處于開啟狀態；

(22)打開第三自鎖閥(LV3)，等待兩個貯箱的溫度和壓力達到穩定；

(23)關閉第一自鎖閥(LV1)和第六自鎖閥(LV6)，打開第五自鎖閥(LV5)，給第二貯箱(TANK-B)加氣；然后關閉第五自鎖閥(LV5)，待第一氣瓶(1)和第二貯箱(TANK-B)內的溫度和壓力保持穩定后，記錄未進行放氣的第二氣瓶(2)的壓力值和溫度值、以及未進行增壓的第一貯箱(TANK-A)的壓力值和溫度值作為計算初態值，同時，記錄第一壓差計(DP1)中的壓差值與第二氣瓶(2)的壓力值的相加值作為氣瓶壓力的末態值，第二壓差計(DP2)中的壓差值與第二貯箱(TANK-B)的壓力值的相加值作為貯箱壓力的末態值，第一氣瓶(1)和第二貯箱(TANK-B)內的溫度值作為計算溫度的末態值；

(24)打開第一自鎖閥(LV1)和第六自鎖閥(LV6)，待第一氣瓶(1)和第二氣瓶(2)、以及第一貯箱(TANK-A)和第二貯箱(TANK-B)中的壓力不再變化后，關閉第三自鎖閥(LV3)和第六自鎖閥(LV6)；

(25)根據前述步驟中得到的壓力、壓差和溫度數據，以及預先測量的氣瓶、貯箱的體積數據，應用衛星推進劑剩余量測量系統模型即可確定第二貯箱(TANK-B)中的剩余推進劑體積，其中，推進劑剩余量測量系統模型如下：

其中

上式中，V_l是推進劑的體積；P_pi是氣瓶的初態壓力值；P_pf是氣瓶的末態壓力值；T_pi是氣瓶的初態溫度值；T_pf是氣瓶的末態溫度值；V_p是氣瓶的體積；V_t是貯箱的體積；P_ui是貯箱內初態壓力值；P_uf是貯箱內末態壓力值；T_ui是貯箱內初態氦氣溫度；T_uf是貯箱內末態氦氣溫度；Z_pi是氣瓶的初態氦氣壓縮因子，Z_pf是氣瓶的末態氦氣壓縮因子，Z_ui是貯箱內初態氦氣壓縮因子，Z_uf是貯箱內末態氦氣壓縮因子，Z_pi、Z_pf、Z_ui、Z_uf根據試驗得到。