[发明专利]一种双组元推进系统大范围高精度混合比调整方法

说明书

一种双组元推进系统大范围高精度混合比调整方法，氧燃贮箱采用了两个独立的供气增压系统，两套供气增压系统完全一致，通过压力控制阀门组件为推进剂贮箱进行增压气体的减压与供给。供气减压系统采用了“Bang‑Bang”控制方式，基于变轨发动机氧化剂/燃烧剂入口管路上的高精度压力传感器的压力信号反馈，控制气路减压系统压力控制阀门组件的开关，使得系统氧化剂/燃烧剂供给压力始终维持在设定值,进而达到准确控制系统混合比的目的，使得在轨飞行期间变轨发动机点火的入口压力条件与地面试验时保持一致，变轨发动机可始终工作在额定工况。由于氧化剂/燃烧剂贮箱独立增压，使得发动机氧燃供给压力相互独立且可调节，可实现主动控制混合比。

技术领域

本发明属于空间推进技术领域，涉及一种应用于空间飞行器的双组元推进系统大范围高精度混合比调整方法,以适应各种发动机不同混合比需要，满足变轨发动机以额定工况工作的在轨需求。

背景技术

当前，在轨应用的大量航天器采用的是双组元推进系统，空间双组元推进系统具有比冲较高、可在轨长期贮存、成本低廉等特点。常见的是以MMH/NTO为推进剂的双组元统一模式推进系统，该推进系统配置一台双组元变轨发动机和多台小推力双组元姿控发动机，并共用一套推进剂供给系统，氧/燃贮箱共用一套增压系统，在设计上实现了变轨期间氧/燃贮箱增压、推进剂同步排放。在传统的双组元统一模式推进系统中，1台机械式减压器和2只单向阀组成了减压系统，氧化剂/燃烧剂贮箱共用一套增压系统，实现了氧化剂/燃烧剂等体积排放，技术难度小，系统具有很好的经济性。但却有着一些不足之处：

(1)机械式减压器与单向阀组成的减压系统是当前推进系统的单点故障源，一旦出现故障，减压器故障将导致气路无法正常向贮箱供气，单向阀故障使得氧化剂和燃烧剂在增压系统中可能接触导致危险。

(2)由于减压器是在地面进行调试的，因而在轨按照地面调定的压力特性输出压力，贮箱也只能在轨被动增压，无法根据实际情况调整气路输出压力，在轨主动控制系统压力的能力欠缺。

(3)系统设计的流量压降特性及混合比依赖系统地面试验来验证与保证，推进系统适应研制任务多样性的能力较弱，在轨主动控制系统混合比的能力欠缺。

(4)变轨发动机可能工作在偏离额定工况，变轨发动机入口压力缺乏直接的在轨调整手段，使得变轨发动机往往在偏离额定工况下工作，发动机设计效能发挥有限。

(5)变轨发动机结束任务后，姿轨控推力器长期在轨工作，当前双组元统一推进系统无法在轨调整混合比，无法适应姿轨控推力器在轨混合比精确变化需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于空间飞行器的双组元推进系统大范围高精度混合比调整方法，以适应各种发动机不同混合比需要，解决了当前双组元统一推进系统在轨机械式减压系统为单点故障源、氧化剂和燃烧剂在增压系统中可能接触导致危险、按照地面调定压力对贮箱在轨被动增压、变轨发动机可能工作在偏离额定工况等工程现实性问题，使得空间飞行器的双组元推进系统实现智能化的特征，解决双组元推进系统混合比可大范围高精度调整问题。

本发明的技术解决方案是：一种双组元推进系统大范围高精度混合比调整方法，包括：

为氧化剂贮箱和燃烧剂贮箱分别构建各自独立的供气系统，同时在变轨发动机推进剂入口前的氧化剂管路和燃烧剂管路各配置一套压力传感器组；

利用压力传感器组的测量值作为反馈量，基于Bang-Bang控制方法对所述供气系统形成控制闭环，调整供气系统的压力，进而调整变轨发动机的入口压力，使得变轨发动机工作在额定压力点。

进一步的，所述的供气系统包括两个冗余备份的供气支路，每一个供气支路都包括顺序连接的自锁阀、节流孔和压力控制阀门组件，其中自锁阀用于与高压氦气供给源连接，并进行供气气路分支的切换；节流孔用于将高压氦气流量限制在一定范围内，压力控制阀门组件用于对高压氦气进行减压。