[發明專利]復雜貯箱內推進劑剩余量的測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201911044586.0
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110779591B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳勇;李臻;綦磊;樊程廣;張若凡;張翔;吳宗諭
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

1.一種復雜貯箱內推進劑剩余量的測量方法，在盛裝有推進劑的復雜貯箱的開口處設有開口管，復雜貯箱內腔中推進劑液面上方的氣體腔與開口管內的管道內腔共同構成復雜貯箱的聲腔共振系統，其特征在于，包括以下步驟：

將復雜貯箱變換為內腔總容積相等且開口處設有相同開口管的規則貯箱，規則貯箱內腔的橫截面積沿深度方向不變；

根據開口管的長度以及開口管的橫截面積，確定規則貯箱內腔與開口管的橫截面積比值、規則貯箱的聲腔共振系統的共振頻率以及規則貯箱的氣體腔容積三者之間的關系；

確定規則貯箱的橫截面積比值、共振頻率以及氣體腔容積三者之間的關系，包括以下步驟；

建立規則貯箱的一維擾動模型；

根據規則貯箱的一維擾動模型中開口管與氣體腔內的氣體的壓強、速度、溫度以及密度的關系，以及開口管與氣體腔的截面突變處質量與動量守恒的關系，確定規則貯箱的一維擾動模型的變截面控制方程；

通過在規則貯箱的一維擾動模型的入口處及氣液交界面處引入相應的反射系數，從而分別對規則貯箱的一維擾動模型的入口處和氣液交界面處的邊界條件進行描述；

根據規則貯箱的一維擾動模型的變截面控制方程、入口處的邊界條件以及氣液交界面的邊界條件，從而確定規則貯箱的一維擾動模型的共振方程組；

共振方程組在規則貯箱的聲腔共振系統中存在共振的情況下進行求解，從而確定規則貯箱的橫截面積比值、共振頻率以及氣體腔容積三者之間的關系；

在開口管的開口處提供聲波激勵信號，以對復雜貯箱的聲腔共振系統的氣體形成擾動，從而檢測出復雜貯箱的聲腔共振系統的共振頻率；

根據復雜貯箱的聲腔共振系統的共振頻率確定規則貯箱內腔與開口管的最優橫截面積比值；

根據規則貯箱的橫截面積比值、共振頻率以及氣體腔容積之間的關系，確定最優橫截面積比值下規則貯箱的聲腔共振系統的共振頻率以及規則貯箱的氣體腔容積之間的關系；

根據復雜貯箱的聲腔共振系統的共振頻率確定規則貯箱的最優橫截面積比值，還包括以下步驟：

通過仿真或者地面實驗分別獲取復雜貯箱的聲腔共振系統在第一種氣體腔容積下的真實共振頻率；

通過將第一種氣體腔容積和對應的真實共振頻率代入公式：求得多種橫截面積比值，選取其中變化最為緩慢的橫截面積比值作為第一種氣體腔容積的最優橫截面積比值，其中，V_Gas為氣體腔容積，C₁為開口管的橫截面積，為聲波傳播速度，δ_i＝(8/3π)(C₁/π)^1/2，δ_i為長度補償系數，L₁為開口管的長度，ω＝2πf，ω為擾動波的角速度，f為擾動波的擾動頻率；

以上述同樣的方式，分別確定與復雜貯箱的聲腔共振系統在多種氣體腔容積下的共振頻率最相近時規則貯箱的最優橫截面積比值，通過將在多種氣體腔容積下復雜貯箱的聲腔共振系統的共振頻率與規則貯箱對應的最優橫截面積比值進行數值擬合，從而獲得復雜貯箱的聲腔共振系統共振頻率與規則貯箱的最優橫截面積比值的關系；

根據最優橫截面積比值下規則貯箱的聲腔共振系統的共振頻率以及規則貯箱的氣體腔容積之間的關系，獲得最優橫截面積比值下規則貯箱的聲腔共振系統與復雜貯箱的聲腔共振系統共振頻率相同時的氣體腔容積；

復雜貯箱內推進劑剩余量為內腔總容積減去規則貯箱的氣體腔容積。

2.根據權利要求1所述的復雜貯箱內推進劑剩余量的測量方法，其特征在于，

規則貯箱的一維擾動模型中，以規則貯箱的軸向為X軸方向，擾動波為平面波，擾動波從規則貯箱的入口沿X軸方向進入開口管和氣體腔中，并在截面突變處和氣液交界面處發生反射，設規則貯箱的入口處x＝L₁，截面突變處x＝0，氣液交界面處x＝L₂，開口管的橫截面積為C₁，氣體腔的橫截面積為C₂，則規則貯箱的橫截面積比值氣體腔容積V_Gas＝L₂C₂＝L₁nC₁。