一种推进剂剩余量在轨测量方法研究.pdf

第39卷第5期
火箭推进
Vol.39,N.5
2013年10月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
Oct. 20
种推进剂剩余量在轨测量方法研究
袁系,王中,连仁志,刘涛
(上海空间推进研究所,上海201112)
摘要:对我国某卫星平台气体注入压力激励推进剂剩余量测量方法进行了研究,建立
了剩会量计算模型,开发了计算軟件,开展了地面试验,结果表明,测量误差在-0.68%
0.66%范围内,达到了较高的测量精度。
关键词:推进系统;剩余推进剂;推进剂在轨测量
中图分类号:V423,4-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(2013)05-0087-05
On-board gauging method of remaining propellant
YUAN Lei. WANG Shen LIAN Ren-zhi. LIU Tao
( Shanghai Institute of Space Propulsion, Shanghai 201112, China
Abstract: For a Chinese satellite, an on-board gauging method of remaining propellant was de
signed, the mathematical model was established, the software for calculating remaining propellant
was developed, and some ground tests were carried out. The test results show that the designed
on-board gauging method of remaining propellant has adequate accuracy for engineering application
and its error is within the range of-0.68%0-0.66%
Keywords: propulsion system; remaining propellant; on-board propellant gauging
具有充分的推进系统地面试验数据,并要求在轨
0引言
性能长期稳定。特别对高轨双绌元统一的推进系
统,75%-90%的推进剂消耗在入轨段,远地点发
目前,我国卫星推进剂剩余量在轨测量均采动机的推进剂消耗暈记录不准确时,会造成卫星
用PVT法、BK法或者二者相结合的方法。PVT定点后的基准剩余量产生很大偏差,加之姿控推
法简单易行,但精度不高,特别对高轨双组元力器以脉冲工作为主,不同脉宽和箱压下推进剂
统一推进系统,由于轨道转移时用去大部分排进耗量不同,进一步制约了BK法的精度;PVT法
剂,正常留轨期间贮箱以较低落压比工作,给和BK法相结合,虽能降低不确定度,但仍无
PVT法的准确测最带来很大图难。此外,如果推法从根本上消除或者减少单独测量方法所产生的
进系统存在泄漏,则影响测量精度。BK法要求误差
收稿日期:2013-01-25;修回日期:2013-05-14
基金项目:中国航天科技集困公可支撑项日(2009JYO2
作者简介;袁磊(1977~-),男,研究员,研究领域为空间推进系统工程
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火箭推进
2013年10月
气体注入压力激励法回的基本原理是由气瓶
给贮箱注入一定气体,测量二者参数的变化.经
r
热力学定律计算贮箱内气体体积,进而得到推进式中:下标P为气瓶中气体参数;下标U为贮箱
剂剩余量。该方法测量精度高,设备简单,易于中气垫气体参数;下标i,f分别为激励前和激励
实现。同时,还可利用其补气系统进行并联贮箱后状态。
的均衡排放控制和氧化剂、燃料混合比在轨调节。
根据式(1)和(2)可得气体注入压力激励法
气体注入压力激励法在国内已得到较多关的一般模型,也称非等温模型:
注7?,但目前开展的工作多局限于原理性探索
V=V
尚未直接针对型号进行研究。我国在研的某中.星
平台采用四贮箱平铺构型,为精确测定每只箱
实际上:剩余量测量精度受多种工程因素影
内的推进剂剩余量,创新性地采用了气体注入压响,主要包括压力、温度参数的测量精度、氮气
力激励法。本文以其剩余量测量系统为研究对的饱和蒸汽压及其在推进剂中的溶解度、压力容
象,开展了气体注入压力激励法的应用研究,结器体积測量精度及弹性変形方程以及非理想气体
果表明,利用该方法能获得较高的推进剂剩余量状念等。为此,需对每一项因素开展误差分析并
测量精度,为卫星长寿命在轨可靠运行,提供推修正计算模型。本文采用的气体注入压力激励法
进剂剩余暈测量理论和技术基础。
工程应用模型如下
1数学模型及影响因素分析
T'r ZU: Tu
图1为气体注入压力激励推进剂测量系统原
式中:A为容积因子;7为压缩因子;P为推进
理图。
剂包和蒸汽压。
Y, P, IP
2试验系统和试验方法
2.1计算软件
考虑公式(4)各项因子,编制剩余量计算软
件。如图2所示,计算软件采用模块化设计,包
括底层信息和功能实现模块、初始化计算状态模
块、数据输入模块、计算模块和计算结果输出及
评估模块。
2.2硬件系统
图1气体注人压力激励法原理图
硬件系统,如图3所示,主要由2个50L
Fig. 1 Principle of remaining propellant gauging method
气瓶、1个7L气容、1个720L表面张力贮箱和
相关控制阀等组成。为精确测量气瓶、气容和哎
剩余推进剂容积为贮箱容积与贮箱中气体容箱的压力,三者分别设置一个进口高精度压力传
积之差:
感器,精度为0.01%FS。气瓶、气容、贮箱各设
置多个精度为±0.1℃温度传感器,以精确测量激
假定挤压气体为理想气体,由质量平衡关系励过程中的温度变化。加注量通过电子秤测量得
得到下式:
到、精度为±0.02kg。
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