[發明專利]一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011138932.4
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112325985B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 綦磊;孫立臣;馮咬齊;陳勇;孟冬輝;廖韜;劉明輝;孫偉;王莉娜;趙月帥
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

本申請提供一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量裝置及方法，包括頂部超聲模塊、側壁超聲模塊、旋轉機構、信號發生器、信號放大器、采集卡、多路切換開關及計算單元；旋轉機構安裝在貯箱頂部，頂部超聲模塊安裝在旋轉機構上；頂部超聲模塊包括一個頂部超聲傳感器；側壁超聲模塊設在貯箱外壁上，側壁超聲模塊包括多組超聲單元，每組超聲單元包括多個側壁超聲傳感器，頂部超聲傳感器與各個側壁超聲傳感器均設為收發一體型超聲傳感器；多路切換開關與頂部超聲模塊及側壁超聲模塊信號連接。本申請的有益效果是：通過頂部超聲模塊測量貯箱內不規則液面燃料的體積，通過側壁超聲模塊測量燃料內的氣泡的體積及位置，從而得到貯箱內燃料的真實體積。

技術領域

本公開涉及航天器推進系統在軌測量與測試技術領域，具體涉及一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量裝置及方法。

背景技術

隨著航天器在軌壽命的不斷延長，在軌壽命評估及在軌燃料加注成為越來越熱門的話題。然而在軌壽命評估及在軌燃料加注的前提是準確測量在軌航天器貯箱推進劑剩余量。由于微重力的影響，貯箱內氣液分界面非常復雜，這些約束要求測量方法不受氣液分界面的影響。當貯箱內氣液分界面明顯時(推進系統執行加速推進)，傳統的液位法可以應用于空間貯箱推進劑剩余量測量。針對微重力環境下的貯箱推進劑剩余量測量技術的研究早在20世紀60年代就開始，除了傳統的PVT法以及BK法之外，先后提出了體積激勵法、熱容法、X波成像法、電磁波共振法、聲學方法等。然而BK法無法適應低溫推進劑自蒸發的情況，PVT法、熱容法檢測精度不高，X波成像法、電磁波共振法檢測設備太復雜，無法實現在軌應用。因此聲學檢測方法體現出一定優勢，NASA阿姆斯研究中心提出一種基于聲波共振模態的剩余量測量方法，并開展了地面原理試驗，但該方法無法檢測液體中含有的大氣泡，因此造成所測剩余量偏多。本文提出一種基于聲波反射的剩余量測量方法，可以解決在軌失重狀態下含大氣泡液體推進劑的剩余量測量難題，具有很好的應用前景。

發明內容

本申請的目的是針對以上問題，提供一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量裝置及方法。

第一方面，本申請提供一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量裝置，包括頂部超聲模塊、側壁超聲模塊、旋轉機構、信號發生器、信號放大器、采集卡、多路切換開關及計算單元；所述旋轉機構安裝在貯箱頂部，頂部超聲模塊安裝在旋轉機構上；頂部超聲模塊包括一個頂部超聲傳感器；所述側壁超聲模塊設置在貯箱的外壁上，側壁超聲模塊包括多組超聲單元，每組超聲單元包括多個側壁超聲傳感器，所述頂部超聲傳感器與各個側壁超聲傳感器均設置為收發一體型超聲傳感器；每組超聲單元的各個側壁超聲傳感器沿貯箱的軸線方向按照設定間距排布；各組超聲單元按照設定夾角沿貯箱的周向排布；所述多路切換開關與頂部超聲模塊及側壁超聲模塊信號連接，多路切換開關分別與信號發生器及信號放大器信號連接；所述信號發生器用于對頂部超聲模塊及側壁超聲模塊發送激勵源，所述信號放大器采集頂部超聲模塊及側壁超聲模塊發送的超聲信號并發送至采集卡，所述采集卡將接收的信號發送至計算單元中進行計算。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述頂部超聲傳感器的波束角設為大于60°。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述設定間距范圍為20cm-30cm。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述設定夾角度數為45°或60°。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述旋轉機構用于對頂部傳感模塊進行360°周向旋轉及180°俯仰旋轉。

根據本申請實施例提供的技術方案，各個所述側壁超聲傳感器粘貼在貯箱的外壁上。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述頂部超聲傳感器通過螺釘安裝在旋轉機構上。

根據本申請實施例提供的技術方案，所述旋轉機構安裝在貯箱進液管與貯箱連接處。

第二方面，本申請提供一種在軌航天器貯箱推進劑剩余量測量方法，包括以下步驟：