[发明专利]贮箱液体推进剂量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器贮箱推进剂量测量领域，具体而言，涉及一种贮箱液体推进剂量测量方法。

背景技术

推进剂量信息在航天航空及低温领域都有重大意义，航天器液体推进剂量的多少直接关系到航天器的寿命和对航天器任务的安排，因此在航天执行任务期间，尽可能精确地估算出贮箱内推进剂量。例如，在深空探测任务中，在飞行器处于无动力环绕地球自由飞行阶段和离开地球轨道时，发动机要重新启动一次，甚至多次。因此，必须确保在执行探测任务前有足够的推进剂，对飞行器的轨道机动能力进行准确的预估，从而使一种高精度、稳定、可靠的用于微重力条件下的液体推进剂测量方法成为了关键。

对于目前兴起的空间液体推进剂在轨加注技术，同样需要准确地测量液体推进剂量，从而决定在轨加注的时机和需要加注的推进剂量；推进剂量的在轨检测结果，直接影响提供加注服务的航天器的选择和发射系统的反应时间。特别是针对“多对多”场景的在轨加注任务，即多个服务航天器对多个目标航天器实施在轨加注，推进剂量的精确检测结果可以作为在轨加注路径优化的输入量，为优化在轨加注路径提供可靠的参考。

传统推进剂量测量方法主要针对卫星上静止封闭系进行推进剂量测量，而且测量精度也不高，目前成功应用于卫星上的方法包括簿记法和气体定律法，前者受到累计误差影响，测量精度逐渐降低，后者在贮箱泄露情况下不具适用性。这些方法的使用还有许多限制条件：一是对贮箱类型有要求，如放射性测量法只能用于隔膜贮箱；二是推进剂类型有要求，如热量法不能应用于低温推进剂；三是对贮箱系统需要施加额外的扰动，如流体动力学方法需要增加动力装置对贮箱系统施加一定的加速度，得到规则液面进行测量；四是测量方法受到建模精度影响，在微重力条件下流体动力学行为都与地面有较大不同，对贮箱系统施加一定的热量会存在温度分层现象，光学法施加光线行走的光路具有很大的不确定性，此外，还需要测量装置质量轻、体积小、功耗低、重复性好等多方面的限制条件，这些限制条件往往导致测量困难甚至不可测。而对于有流体流出的贮箱开系，目前还没有较好的方法实现对其推进剂量实时测量。对于需要多次点火重启工作的火箭发动机而言，实时预测推进剂量保证贮箱内用充足的燃料供应是其正常工作的可靠保障。

发明内容

本发明旨在提供一种高精度的实时测量贮箱内推进剂量的贮箱液体推进剂量测量方法，以解决现有技术中有外部增压气体进入贮箱，同时又有推进剂流出时贮箱内剩余推进剂量的无法动态测量的问题。

本发明提供了一种贮箱液体推进剂量测量方法，包括以下步骤：步骤S1：通过贮箱压力传感器测量贮箱内的气体部分的初始压力，利用贮箱温度传感器测量贮箱内的气体部分初始温度和贮箱壁面初始温度；通过气瓶压力传感器和气瓶温度传感器测量气瓶内初始压力和初始温度；利用推进剂量静态测量方法预估初始气体体积V₀和贮箱内剩余液体推进剂量m_l0；步骤S2：建立贮箱开系增压过程的传热传质数学模型，利用测量好的初始条件进行仿真计算，得到气相温度、气相压力随时间和贮箱内推进剂量的变化关系；步骤S3：通过气瓶向贮箱注入增压气体，维持时间与仿真模拟时间一致，并保持管路具有良好密封性；步骤S4：测量预设时刻贮箱内的气体部分的气体压力和气体温度，并与仿真结果进行对比；步骤S5：根据仿真结果与实验结果，拟合出来实际推进剂流量，在已知初始推进剂量的情况下，通过公式计算任何时刻贮箱内的剩余推进剂量。