[发明专利]一种用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法

说明书

本发明涉及一种用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法，该方法全面考虑了低温推进剂长期在轨贮存蒸发量控制系统各组件的漏热量，以及排气可利用冷量，首先获取低温推进剂长期在轨贮存系统蒸发量和蒸发率，再获得蒸发量控制措施带来的重量代价，进而获得重量代价最小的最优设计工况，用于指导低温推进剂在轨贮存系统的设计。本发明以系统重量轻、功率少、可实现性等系统效率指标为优化目标，建立工程评估方法，可有效开展低温推进剂长期在轨蒸发量控制系统分析。

技术领域

本发明涉及一种用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法，属于低温推进剂长期在轨贮存与管理领域。

背景技术

低温推进剂由于其比冲高、无毒无污染、价格相对低廉，在国内外运载火箭和上面级上得到了广泛的应用。低温推进剂被认为是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂，也是未来人类月球探测、火星探测及更远距离的深空探测的首选推进剂。低温推进剂虽然性能高，但其沸点低，易因受热而蒸发，难于长时间存储，由于低温推进剂的损耗会显著影响运载火箭的性能及任务的执行。因此通过采取合理有效的措施解决低温推进剂蒸发量的控制问题，最终实现无损贮存，是低温推进剂长时间在轨应用的重要前提，也是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法，该方法获取低温推进剂长期在轨贮存系统蒸发量和蒸发率，再获得蒸发量控制措施带来的重量代价，进而获得重量代价最小的最优设计工况，用于指导低温推进剂在轨贮存系统的设计。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法，包括如下步骤：

(1)、确定低温推进剂在轨贮存净漏热量Q_loss；

(2)、根据净漏热量Q_loss、低温推进剂饱和温度对应蒸发潜热γ和在轨工作时间t，获得不同工况下的低温推进剂蒸发量及蒸发率i表示不同的工况，i＝1，2，……,N，其中N为工况数量；

(3)、获得不同工况下引入制冷机带来的重量增加将同一工况下的与对应的蒸发量求和得到该工况下的系统重量代价遍历所有工况下的系统重量代价寻找系统重量代价的最小值；

(4)、记录系统重量代价取最小值时对应的工况，作为最优工况。

在上述用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法中，所述步骤(1)中确定低温推进剂在轨贮存净漏热量Q_loss的具体方法如下：

Q_loss＝Q_MLI+Q_struts+Q_parastitic+Q_penetrations-Q_vapor-Q_cryocooler

其中：Q_MLI表示推进剂贮箱表面隔热材料漏热量；Q_struts表示推进剂贮箱支撑结构的漏热量；Q_parastitic表示制冷机漏热量；Q_penetrations表示贮箱管路漏热量；Q_vapor表示低温推进剂排气可利用冷量；Q_cryocooler表示制冷机的制冷量。

在上述用于低温推进剂长期在轨蒸发量控制的代价评估方法中，推进剂贮箱表面隔热材料漏热量Q_MLI的计算公式如下：

其中，T_hot为贮箱隔热层外侧温度；T_cold为贮箱内部液态低温推进剂温度，N_s为多层隔热材料总层数。