[發(fā)明專利]一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力矩確定并聯(lián)貯箱推進(jìn)劑剩余量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011196399.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN112461324B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫恒超;李峰;郝燕艷;范為;黃華;劉敏;劉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01F22/00
• 分類號(hào): G01F22/00;G06F17/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

1.一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力矩確定并聯(lián)貯箱推進(jìn)劑剩余量方法，其特征在于，具體步驟如下：

S1、設(shè)定輸入?yún)?shù)：

1.1設(shè)定推進(jìn)劑密度Rou＝[ρ_o、ρ_o、ρ_f、ρ_f]，包括氧化劑的密度ρ_o和燃燒劑的密度ρ_f；

1.2設(shè)定干星狀態(tài)：衛(wèi)星質(zhì)量m_s_0及衛(wèi)星x、y、z向質(zhì)心坐標(biāo)x_s_0、y_s_0、z_s_0；

1.3設(shè)定貯箱參數(shù)，包括：氧箱a、氧箱b、燃箱a、燃箱b安裝x坐標(biāo)X_k、安裝y坐標(biāo)Y_k；貯箱底面相對(duì)衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系z(mì)＝0抬升量Δ_k_z；衛(wèi)星起飛態(tài)下氧箱a、氧箱b、燃箱a、燃箱b加注量M_p_k_0；

1.4設(shè)定貯箱不同填充體積下液體質(zhì)心高度Z_p＝(V_i,z_p_i)；

1.5設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)，包括推力f；推力偏斜角α；推力位置角β；偏斜位置角γ；橫移量δ_e；安裝面到噴口長度l_e；發(fā)動(dòng)機(jī)混合比η；

1.6設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)安裝精測參數(shù)：包括精測角矩陣θ；噴口中心點(diǎn)坐標(biāo)矢量C_e；

1.7設(shè)定當(dāng)前推進(jìn)劑總消耗量m_p_con_t和發(fā)動(dòng)機(jī)x、y向?qū)崪y干擾力矩T_e_i_mea；

1.8設(shè)定求解控制參數(shù)，包括質(zhì)量精度m_p_step、不平衡質(zhì)量系數(shù)最大值a_max；

S2、確定發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量：

2.1根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)推力f、推力偏斜角α、偏斜位置角γ，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)本體坐標(biāo)系下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量：

F_e＝f·[cos(α),sin(α)·cos(γ),sin(α)·sin(γ)]^T；

2.2根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝精測角矩陣，計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣T；

2.3根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣T和發(fā)動(dòng)機(jī)本體坐標(biāo)系下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量F_e，計(jì)算衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量F_s＝T·F_e；

2.4根據(jù)推力位置角β、橫移量δ_e、安裝面到噴口長度l_e，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量作用點(diǎn)在精測鏡坐標(biāo)系下位置坐標(biāo)：

P_cube＝[0,δ_e·cos(β),δ_e·sin(β)]^T+[l_e,0,0]^T；

2.5根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣T、發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量作用點(diǎn)在精測鏡坐標(biāo)系下位置坐標(biāo)P_cube、噴口中心點(diǎn)坐標(biāo)矢量C_e，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量作用點(diǎn)在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下矢量P_s＝T·P_cube+C_eT；

S3、確定推進(jìn)劑剩余量：

3.1根據(jù)衛(wèi)星起飛態(tài)下貯箱加注量M_p_k_0、當(dāng)前推進(jìn)劑總消耗量m_p_con_t、發(fā)動(dòng)機(jī)混合比η，計(jì)算并聯(lián)貯箱平衡排放時(shí)每臺(tái)氧箱和燃箱推進(jìn)劑剩余量m_p_res_o及m_p_res_f；

3.2根據(jù)并聯(lián)貯箱平衡排放時(shí)每臺(tái)氧箱和燃箱推進(jìn)劑剩余量m_p_res_o和m_p_res_f、不平衡質(zhì)量系數(shù)最大值a_max，計(jì)算最大不平衡質(zhì)量δ_p_max＝a_max*min(m_p_res_f,m_p_res_o)；

3.3根據(jù)最大不平衡質(zhì)量δ_p_max、質(zhì)量精度m_p_step，計(jì)算不平衡質(zhì)量份數(shù)n＝ceil(δ_p_max/m_p_step)，其中ceil為取整函數(shù)；

3.4.1設(shè)定序號(hào)參數(shù)1j_1為初值1；

3.4.2設(shè)定序號(hào)參數(shù)2j_2為“-1×n”；

3.4.3設(shè)定序號(hào)參數(shù)3j_3為“-1×n”；

3.5根據(jù)質(zhì)量精度m_p_step、序號(hào)參數(shù)2j_2、序號(hào)參數(shù)3j_3，計(jì)算氧化劑和燃燒劑不平衡質(zhì)量δ_o＝m_p_step*j_2、δ_f＝m_p_step*j_3；

3.6根據(jù)當(dāng)前推進(jìn)劑總消耗量m_p_con_t、發(fā)動(dòng)機(jī)混合比η、氧化劑和燃燒劑不平衡質(zhì)量δ_o和δ_f，計(jì)算各貯箱消耗量M_p_k_con；

3.7根據(jù)各貯箱消耗量M_p_k_con和起飛態(tài)下加注量M_p_k_0，計(jì)算各貯箱推進(jìn)劑剩余量：M_p_k_res＝M_p_k_0-M_p_k_con；

3.8根據(jù)各貯箱推進(jìn)劑剩余量M_p_k_res、推進(jìn)劑密度Rou，計(jì)算各貯箱推進(jìn)劑剩余體積V_p_k＝M_p_k_res/Rou；

3.9通過貯箱推進(jìn)劑液體質(zhì)心高度計(jì)算，獲得各貯箱推進(jìn)劑在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系z(mì)向質(zhì)心Z_k；

3.10根據(jù)干星狀態(tài)衛(wèi)星質(zhì)量m_s_0及x、y、z向質(zhì)心坐標(biāo)x_s_0、y_s_0、z_s_0、各貯箱推進(jìn)劑剩余量M_p_k_res、各貯箱推進(jìn)劑在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系z(mì)向質(zhì)心Z_k、各貯箱安裝x坐標(biāo)和y坐標(biāo)X_k和Y_k，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)衛(wèi)星質(zhì)量m_s_1和x、y、z向質(zhì)心x_s_1、y_s_1、z_s_1；

3.11根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)衛(wèi)星x、y、z向質(zhì)心x_s_1、y_s_1、z_s_1，設(shè)定衛(wèi)星質(zhì)心矢量C_s_1＝[x_s_1y_s_1z_s_1]^T，

根據(jù)衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量F_s、發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量作用點(diǎn)在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下矢量P_s、衛(wèi)星質(zhì)心矢量C_s_1，獲得干擾力矩計(jì)算值T_e_i；

3.12根據(jù)干擾力矩計(jì)算值T_e_i、發(fā)動(dòng)機(jī)x、y向?qū)崪y干擾力矩T_e_i_mea，計(jì)算干擾力矩誤差；

3.13記錄結(jié)果數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星質(zhì)心矢量C_s_1、各貯箱推進(jìn)劑剩余量M_p_k_res、干擾力矩誤差δ_calcu：

Re(j_1,1:3)＝C_s_1；Re(j_1,4:7)＝M_p_k_res；Re(j_1,8)＝δ_calcu；

3.14令序號(hào)參數(shù)1j_1加1，判斷序號(hào)參數(shù)3j_3的數(shù)值是否與不平衡質(zhì)量份數(shù)n相等，若不相等則執(zhí)行步驟3.15，若相等則執(zhí)行步驟3.16；

3.15令序號(hào)參數(shù)3j_3加1，并重回執(zhí)行步驟3.5；

3.16判斷序號(hào)參數(shù)2j_2的數(shù)值是否與不平衡質(zhì)量份數(shù)n相等，若不相等則執(zhí)行步驟3.17，若相等則執(zhí)行步驟3.18；

3.17令序號(hào)參數(shù)2j_2加1，并重回執(zhí)行步驟3.4.3；

3.18根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)Re，尋找最小干擾力矩誤差[a b]＝min(Re(:,8))，確定最小干擾力矩誤差所對(duì)應(yīng)的序號(hào)參數(shù)1為b；

3.19根據(jù)最小干擾力矩誤差所對(duì)應(yīng)的序號(hào)參數(shù)1為b，輸出衛(wèi)星質(zhì)心及每臺(tái)貯箱推進(jìn)劑剩余量結(jié)果ans＝Re(b,1:7)。