[发明专利]一种运载火箭上升段贮箱内推进剂余量的测量系统与方法

说明书

本发明公开了一种运载火箭上升段贮箱内推进剂余量的测量系统与方法，液位计组的输出信号经液位计信号线缆传递至液位计信号处理模块；液位计信号处理模块输出的液位信号经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；三轴加速度计固连在贮箱顶端，用于测量贮箱的三轴加速度，将加速度信号经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；贮箱姿态陀螺用于测量贮箱姿态角，将姿态角经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；贮箱推进剂余量计算单元是一套具备计算能力的嵌入式系统，用于根据流量计测得的流量信号、液位计信号处理模块传递的液位信号、三轴加速度计测得的加速度信号以及贮箱姿态陀螺测得的贮箱姿态信号，计算贮箱中的推进剂余量。

技术领域

本发明涉及运载火箭贮箱推进剂余量测量技术领域，具体涉及一种运载火箭上升段贮箱内推进剂余量的测量系统与方法。

背景技术

液体火箭发射时推进剂质量占比可达85％～90％，推进剂量的减少会使火箭重心发生明显变化、推进剂在贮箱中的晃动也会对箭体姿态造成直接影响，进而影响箭体既定任务的完成，因此在上升段(尤其指星箭分离前)对贮箱内推进剂的晃动以及余量的观测十分重要。其中推进剂余量的测量结果，更是判断火箭能否完成既定飞行任务、能否完成降级飞行任务等的重要依据；另一方面，多次发射中推进剂余量的测量结果，也可为地面优化推进剂加注量提供参考，进而提高运载火箭发射的费效比。综上，运载火箭上升段贮箱推进剂余量测量是一种关系到火箭发射状态优化以及火箭飞行任务完成质量的关键技术。

目前火箭上升段贮箱推进剂余量测量方法主要为电容液位计点式液位测量法以及体积激励法两种，其中电容液位计只能分段测量，同时未考虑到贮箱运动状态对推进剂自由液面形态的影响，精度比较有限；体积激励法有较好的精度(参考专利CN103344292A)，但测量过程需贮箱增压回路配合动作、进而需改变原有动力系统的工作时序，另外贮箱自生增压时气体一般混杂较多推进剂气雾、贮箱气腔状态分布不均一，这些因素均会对专利CN 103344292A中依据的气态方程产生一定影响，从而给体积激励法的精度保持带来了挑战。

鉴于近年来数据融合算法的深入研究、液位传感器领域的持续发展以及嵌入式系统计算能力的不断提高，本发明提出一种使用多个传感器信号进行火箭贮箱推进剂量精确估计的测量系统和测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭上升段贮箱内推进剂余量的测量系统与方法，旨在不改变箭体原有动力系统工作时序的条件下，精确估计贮箱中的推进剂余量，从而为评估火箭继续完成原有飞行任务能力、估计火箭完成降级飞行任务能力以及提高火箭发射费效比提供依据和参考。

为了达到上述的目的，本发明提供一种运载火箭上升段贮箱内推进剂余量的测量系统，包括：贮箱、流量计、阀门、液位计组、液位计信号线缆、液位计信号处理模块、三轴加速度计、贮箱姿态陀螺、贮箱推进剂余量计算单元以及信号线缆；

所述液位计组的输出信号经液位计信号线缆传递至液位计信号处理模块；

所述液位计信号处理模块输出的液位信号经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；

所述阀门安装于贮箱出口管路上，用于控制贮箱内推进剂的排放速度；

所述流量计安装于阀门的下游，用于测量流出贮箱的推进剂的流量；

所述三轴加速度计固连在贮箱顶端，用于测量贮箱的三轴加速度，并将加速度信号经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；

所述贮箱姿态陀螺固连在贮箱顶端，用于测量贮箱姿态角，并将姿态角经信号线缆传递至贮箱推进剂余量计算单元；

所述贮箱推进剂余量计算单元是一套具备计算能力的嵌入式系统，用于根据流量计测得的流量信号、液位计信号处理模块传递的液位信号、三轴加速度计测得的加速度信号以及贮箱姿态陀螺测得的贮箱姿态信号，计算贮箱中的推进剂余量。