[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

说明书

本发明涉及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，包含三部分，分别为“输入参数设定”、“发动机推力矢量计算”、“推进剂剩余量计算”。本发明的各部分计算流程是全参数化的、引入了迭代循环、判读分支计算方式，便于编制计算程序，进而减少计算的时间；计算中设置了求解控制参数，可以综合平衡计算时长和求解精度两方面的矛盾，便于用户合理按需设置相关参数。

技术领域

本发明涉及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，将并联贮箱卫星干星质量特性参数、贮箱安装参数、起飞状态加注量、发动机性能及安装参数、变轨段任意时刻的推进剂总消耗量及对应的发动机干扰力矩、推进剂密度等作为输入量，准确、快速地计算出每台贮箱的推进剂剩余量。

背景技术

以往双组元化学推进系统卫星多采用单台贮箱分别装填氧化剂和燃烧剂。近年来随着卫星推进剂携带量增加及卫星构型优化，越来越多的双组元化学推进系统卫星采用了并联贮箱方案，即各采用2台贮箱分别装填氧化剂和燃烧剂。在卫星变轨过程中，装填同种推进剂的2台贮箱同时向发动机供给推进剂。

卫星变轨过程中推进剂剩余量的计算是评估卫星后续在轨寿命的重要工作之一。目前有多种测量方法可以计算推进剂剩余量，对于并联贮箱卫星，传统的簿记法、压力-体积-温度法无法确定每台贮箱的推进剂剩余量。新研的超声波流量计法、热容法等可以计算每台贮箱的推进剂剩余量，但是需要卫星配置较多的硬件，例如超声波流量计、加热器和热敏电阻等，重量和成本较高。

为了尽量减少推进剂浪费及提升卫星姿态稳定性，卫星构型设计时一般使发动机推力方向指向卫星的质心。对于并联贮箱卫星，贮箱内推进剂量也会影响到卫星质心的变化。并联贮箱卫星的同种推进剂的2台贮箱一般对称布置在卫星几何轴心两侧，变轨时2台贮箱等质量流量排放推进剂，以保证卫星横向质心变化较小。

工程实际中，由于贮箱安装误差、流阻误差等，贮箱的推进剂排放质量流量会出现偏差，并导致卫星质心偏离几何轴心及发动机推力不再严格指向卫星质心，从而在变轨过程中出现发动机的干扰力矩。反之，可以依据“发动机干扰力矩-卫星质心-贮箱推进剂剩余量”三者之间的关系，定量计算并联贮箱卫星每台贮箱的推进剂剩余量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出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，依据并联贮箱“发动机干扰力矩-卫星质心-贮箱推进剂剩余量”三者之间的关系，在不增加额外硬件配置的情况下，确定每台并联贮箱的推进剂剩余量。

本发明解决技术的方案是：

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，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；