[發明專利]基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法

有效

• 申請號: 201710993325.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN108061660B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 呂建民;俞潔;劉偉;楊立峰;蔣國偉;胡宜寧;任秉文;沈斌
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法，所述基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法采用了地面線振動測試數據進行響應仿真有限元模型的修正，并標定推力與線振動間的傳遞函數；仿真結果數據結合在軌測試數據進行干擾剔除，獲得發動機在軌推力帶來的線振動響應；并利用推力與線振動間的傳遞函數進行發動機在軌推力反演，實時標定衛星發動機在軌推力。本發明可廣泛應用于各類航天器的各類發動機/推力器在軌推力的實時標定，利于航天器在軌進行軌道控制和姿態控制的策略修正與優化。

技術領域

本發明涉及一種推力實時標定方法，具體地，涉及一種基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法。

背景技術

衛星在軌狀態下，因氣液狀態變化使得發動機推力發生變化，使得衛星在軌軌道保持及變軌操作時存在較大風險，特別是在推進劑消耗而導致衛星質量特性發生變化時，發動機推力變化使得衛星在軌操控存在極大的風險，甚至關乎到高精度衛星的成敗。然而，現階段衛星發動機推力在軌尚無有效的標定方法，使得衛星變軌和軌道保持時存在一定風險，特別是衛星慣量與推力比較小，且衛星需要具備較長時間軌道機動或較大幅度的變軌操控時，衛星發動機在軌推力實時標定極為重要，是必須要重視的關乎衛星成敗的重要問題。

因此，如何準確和高效的進行衛星發動機在軌推力實時標定，無論對衛星還是其它航天器均是極為重要的研究課題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法，其可廣泛應用于各類航天器的各類發動機/推力器在軌推力的實時標定，利于航天器在軌進行軌道控制和姿態控制的策略修正與優化。

根據本發明的一個方面，提供一種基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法，其特征在于，所述基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法采用了地面線振動測試數據進行響應仿真有限元模型的修正，并標定推力與線振動間的傳遞函數；仿真結果數據結合在軌測試數據進行干擾剔除，獲得發動機在軌推力帶來的線振動響應；并利用推力與線振動間的傳遞函數進行發動機在軌推力反演，實時標定衛星發動機在軌推力。

優選地，所述基于線振動測量的衛星發動機在軌推力實時標定方法包括以下步驟：

步驟一，根據衛星構型及推力器布局，結合地面試驗數據和有限元理論建立衛星結構有限元仿真建模；

步驟二，依據發動機推力熱標試驗數據，以及發動機推力主傳遞路徑上設置線振動傳感器，進行發動機推力地面模擬響應測試；

步驟三，依據發動機推力地面模擬響應測試結果，優化地面試驗狀態仿真模型，獲得校準推力器推力與線振動響應之間的傳遞函數，并建立在軌狀態仿真模型進行在軌不同工況下的推力器點火響應仿真；

步驟四，設置與地面試驗相同空間位置的線振動傳感器進行在軌試驗，將在軌不同工況下推力器點火時的線振動響應和衛星姿控數據傳輸至地面，利用該數據對比推力器點火響應仿真結果數據，剔除衛星附件、結構本體和姿態晃動，得到推力器點火在主傳遞路徑上的響應；

步驟五，根據推力器點火響應仿真結果及推力器推力與線振動響應之間的傳遞函數，利用在軌線振動響應反演出推力器推力及其變化曲線，實現在軌實時標定衛星發動機推力的方法。

優選地，所述地面線振動測試數據為發動機推力地面模擬響應測試結果，是以發動機推力熱標試驗數據為輸入，以發動機推力在星體上的主傳遞路徑上設置的線振動傳感器為測量部件，進行振動和沖擊試驗獲得線振動傳感器的測試數據。

優選地，所述推力器推力與線振動響應間的傳遞函數為不同推力輸入條件與線振動傳感器不同數值之間的對應關系。

優選地，所述剔除衛星附件、結構本體和姿態晃動是線振動傳感器在軌實測數據結合仿真模型仿真結果，剝離衛星附件、結構本體和姿態晃動的頻率對應的響應。