[发明专利]一种基于发动机干扰力矩确定并联贮箱推进剂剩余量方法

权利要求书

1.一种基于发动机干扰力矩确定并联贮箱推进剂剩余量方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、设定输入参数：

1.1设定推进剂密度Rou＝[ρ_o、ρ_o、ρ_f、ρ_f]，包括氧化剂的密度ρ_o和燃烧剂的密度ρ_f；

1.2设定干星状态：卫星质量m_s_0及卫星x、y、z向质心坐标x_s_0、y_s_0、z_s_0；

1.3设定贮箱参数，包括：氧箱a、氧箱b、燃箱a、燃箱b安装x坐标X_k、安装y坐标Y_k；贮箱底面相对卫星机械坐标系z＝0抬升量Δ_k_z；卫星起飞态下氧箱a、氧箱b、燃箱a、燃箱b加注量M_p_k_0；

1.4设定贮箱不同填充体积下液体质心高度Z_p＝(V_i,z_p_i)；

1.5设定发动机性能参数，包括推力f；推力偏斜角α；推力位置角β；偏斜位置角γ；横移量δ_e；安装面到喷口长度l_e；发动机混合比η；

1.6设定发动机安装精测参数：包括精测角矩阵θ；喷口中心点坐标矢量C_e；

1.7设定当前推进剂总消耗量m_p_con_t和发动机x、y向实测干扰力矩T_e_i_mea；

1.8设定求解控制参数，包括质量精度m_p_step、不平衡质量系数最大值a_max；

S2、确定发动机推力矢量：

2.1根据发动机推力f、推力偏斜角α、偏斜位置角γ，计算发动机本体坐标系下的发动机推力矢量：

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

2.2根据发动机安装精测角矩阵，计算转换矩阵T；

2.3根据转换矩阵T和发动机本体坐标系下的发动机推力矢量F_e，计算卫星机械坐标系下的发动机推力矢量F_s＝T·F_e；

2.4根据推力位置角β、横移量δ_e、安装面到喷口长度l_e，计算发动机推力矢量作用点在精测镜坐标系下位置坐标：

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

2.5根据转换矩阵T、发动机推力矢量作用点在精测镜坐标系下位置坐标P_cube、喷口中心点坐标矢量C_e，计算发动机推力矢量作用点在卫星机械坐标系下矢量P_s＝T·P_cube+C_eT；

S3、确定推进剂剩余量：

3.1根据卫星起飞态下贮箱加注量M_p_k_0、当前推进剂总消耗量m_p_con_t、发动机混合比η，计算并联贮箱平衡排放时每台氧箱和燃箱推进剂剩余量m_p_res_o及m_p_res_f；

3.2根据并联贮箱平衡排放时每台氧箱和燃箱推进剂剩余量m_p_res_o和m_p_res_f、不平衡质量系数最大值a_max，计算最大不平衡质量δ_p_max＝a_max*min(m_p_res_f,m_p_res_o)；

3.3根据最大不平衡质量δ_p_max、质量精度m_p_step，计算不平衡质量份数n＝ceil(δ_p_max/m_p_step)，其中ceil为取整函数；

3.4.1设定序号参数1j_1为初值1；

3.4.2设定序号参数2j_2为“-1×n”；

3.4.3设定序号参数3j_3为“-1×n”；

3.5根据质量精度m_p_step、序号参数2j_2、序号参数3j_3，计算氧化剂和燃烧剂不平衡质量δ_o＝m_p_step*j_2、δ_f＝m_p_step*j_3；

3.6根据当前推进剂总消耗量m_p_con_t、发动机混合比η、氧化剂和燃烧剂不平衡质量δ_o和δ_f，计算各贮箱消耗量M_p_k_con；

3.7根据各贮箱消耗量M_p_k_con和起飞态下加注量M_p_k_0，计算各贮箱推进剂剩余量：M_p_k_res＝M_p_k_0-M_p_k_con；

3.8根据各贮箱推进剂剩余量M_p_k_res、推进剂密度Rou，计算各贮箱推进剂剩余体积V_p_k＝M_p_k_res/Rou；

3.9通过贮箱推进剂液体质心高度计算，获得各贮箱推进剂在卫星机械坐标系z向质心Z_k；

3.10根据干星状态卫星质量m_s_0及x、y、z向质心坐标x_s_0、y_s_0、z_s_0、各贮箱推进剂剩余量M_p_k_res、各贮箱推进剂在卫星机械坐标系z向质心Z_k、各贮箱安装x坐标和y坐标X_k和Y_k，计算当前状态卫星质量m_s_1和x、y、z向质心x_s_1、y_s_1、z_s_1；

3.11根据当前状态卫星x、y、z向质心x_s_1、y_s_1、z_s_1，设定卫星质心矢量C_s_1＝[x_s_1y_s_1z_s_1]^T，

根据卫星机械坐标系下的发动机推力矢量F_s、发动机推力矢量作用点在卫星机械坐标系下矢量P_s、卫星质心矢量C_s_1，获得干扰力矩计算值T_e_i；

3.12根据干扰力矩计算值T_e_i、发动机x、y向实测干扰力矩T_e_i_mea，计算干扰力矩误差；

3.13记录结果数据，包括卫星质心矢量C_s_1、各贮箱推进剂剩余量M_p_k_res、干扰力矩误差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令序号参数1j_1加1，判断序号参数3j_3的数值是否与不平衡质量份数n相等，若不相等则执行步骤3.15，若相等则执行步骤3.16；

3.15令序号参数3j_3加1，并重回执行步骤3.5；

3.16判断序号参数2j_2的数值是否与不平衡质量份数n相等，若不相等则执行步骤3.17，若相等则执行步骤3.18；

3.17令序号参数2j_2加1，并重回执行步骤3.4.3；

3.18根据结果数据Re，寻找最小干扰力矩误差[a b]＝min(Re(:,8))，确定最小干扰力矩误差所对应的序号参数1为b；

3.19根据最小干扰力矩误差所对应的序号参数1为b，输出卫星质心及每台贮箱推进剂剩余量结果ans＝Re(b,1:7)。