[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

本發(fā)明涉及一種基于發(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，包含三部分，分別為“輸入?yún)?shù)設(shè)定”、“發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量計(jì)算”、“推進(jìn)劑剩余量計(jì)算”。本發(fā)明的各部分計(jì)算流程是全參數(shù)化的、引入了迭代循環(huán)、判讀分支計(jì)算方式，便于編制計(jì)算程序，進(jìn)而減少計(jì)算的時(shí)間；計(jì)算中設(shè)置了求解控制參數(shù)，可以綜合平衡計(jì)算時(shí)長(zhǎng)和求解精度兩方面的矛盾，便于用戶合理按需設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于發(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，將并聯(lián)貯箱衛(wèi)星干星質(zhì)量特性參數(shù)、貯箱安裝參數(shù)、起飛狀態(tài)加注量、發(fā)動(dòng)機(jī)性能及安裝參數(shù)、變軌段任意時(shí)刻的推進(jìn)劑總消耗量及對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力矩、推進(jìn)劑密度等作為輸入量，準(zhǔn)確、快速地計(jì)算出每臺(tái)貯箱的推進(jìn)劑剩余量。

背景技術(shù)

以往雙組元化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)衛(wèi)星多采用單臺(tái)貯箱分別裝填氧化劑和燃燒劑。近年來隨著衛(wèi)星推進(jìn)劑攜帶量增加及衛(wèi)星構(gòu)型優(yōu)化，越來越多的雙組元化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)衛(wèi)星采用了并聯(lián)貯箱方案，即各采用2臺(tái)貯箱分別裝填氧化劑和燃燒劑。在衛(wèi)星變軌過程中，裝填同種推進(jìn)劑的2臺(tái)貯箱同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給推進(jìn)劑。

衛(wèi)星變軌過程中推進(jìn)劑剩余量的計(jì)算是評(píng)估衛(wèi)星后續(xù)在軌壽命的重要工作之一。目前有多種測(cè)量方法可以計(jì)算推進(jìn)劑剩余量，對(duì)于并聯(lián)貯箱衛(wèi)星，傳統(tǒng)的簿記法、壓力-體積-溫度法無法確定每臺(tái)貯箱的推進(jìn)劑剩余量。新研的超聲波流量計(jì)法、熱容法等可以計(jì)算每臺(tái)貯箱的推進(jìn)劑剩余量，但是需要衛(wèi)星配置較多的硬件，例如超聲波流量計(jì)、加熱器和熱敏電阻等，重量和成本較高。

為了盡量減少推進(jìn)劑浪費(fèi)及提升衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定性，衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)一般使發(fā)動(dòng)機(jī)推力方向指向衛(wèi)星的質(zhì)心。對(duì)于并聯(lián)貯箱衛(wèi)星，貯箱內(nèi)推進(jìn)劑量也會(huì)影響到衛(wèi)星質(zhì)心的變化。并聯(lián)貯箱衛(wèi)星的同種推進(jìn)劑的2臺(tái)貯箱一般對(duì)稱布置在衛(wèi)星幾何軸心兩側(cè)，變軌時(shí)2臺(tái)貯箱等質(zhì)量流量排放推進(jìn)劑，以保證衛(wèi)星橫向質(zhì)心變化較小。

工程實(shí)際中，由于貯箱安裝誤差、流阻誤差等，貯箱的推進(jìn)劑排放質(zhì)量流量會(huì)出現(xiàn)偏差，并導(dǎo)致衛(wèi)星質(zhì)心偏離幾何軸心及發(fā)動(dòng)機(jī)推力不再嚴(yán)格指向衛(wèi)星質(zhì)心，從而在變軌過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的干擾力矩。反之，可以依據(jù)“發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力矩-衛(wèi)星質(zhì)心-貯箱推進(jìn)劑剩余量”三者之間的關(guān)系，定量計(jì)算并聯(lián)貯箱衛(wèi)星每臺(tái)貯箱的推進(jìn)劑剩余量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于發(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，依據(jù)并聯(lián)貯箱“發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力矩-衛(wèi)星質(zhì)心-貯箱推進(jìn)劑剩余量”三者之間的關(guān)系，在不增加額外硬件配置的情況下，確定每臺(tái)并聯(lián)貯箱的推進(jìn)劑剩余量。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

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，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(zhǎng)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(cè)參數(shù)：包括精測(cè)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(cè)干擾力矩T_e_i_mea；