CN103033315B - 一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统及方法，由压差测量组件、压力测量组件、流量测量组件、剩余量测量组件、数据采集系统、管路组件等构成简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统。试验系统具有结构简单、对部组件没有特殊要求，易实现等优点。试验方法规定了试验具体步骤，包括管路流阻一致性测试和调节试验、不带推进剂管理装置(PMD)贮箱的并联平衡排放试验、带PMD贮箱的并联平衡排放试验等。该方法简易、有效，能够消除系统误差和测量误差，具有较高的测量精度。结合本发明的试验系统及试验方法，可以有效地完成并联贮箱平衡排放试验验证，对并联贮箱平衡排放的性能起到良好的考核和验证作用，具有很好的测试效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种贮箱并联平衡排放试验系统及方法，尤其适用于桁架式平台卫星。
背景技术
随着国内大型桁架式平台卫星的快速发展，传统的承力筒式布置已经不能满足其性能要求，需采用桁架式布置结构，该种结构使用四个推进剂贮箱，要求贮箱两两并联平衡排放，同时对贮箱的并联平衡排放提出了很高的要求，需要对并联贮箱平衡排放的性能进行测试。由于并联平衡排放指标要求高，需要尽量消除系统本身的误差和测量带来的误差。
“并联贮箱不平衡输出及其解决途径”(上海航天)一文中，分析了贮箱并联设置时产生的不平衡输出问题，对于不允许测量贮箱压降的金属膜片贮箱提出了解决不平衡输出的方案，但未涉及贮箱并联平衡排放试验系统及试验方法相关内容。目前，未见在国内外出版物上未公开发表过，也没有其它人员申请过同样的发明或者实用新型专利。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统及方法，能够有效地完成并联贮箱平衡排放试验验证。
本发明的技术解决方案是：一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统，包括：压差测量组件、压力测量组件、流量测量组件、剩余量测量组件、数据采集系统和管路组件；
所述压差组件由六个压差计组成，第一压差计(3)和第二压差计(4)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口压差和液口压差，第三压差计(5)和第五压差计(7)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的上下游压差，第四压差计(6)和第六压差计(8)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的下游管路压差；
所述压力测量组件由四个压力传感器组成，第一数字压力传感器(9)和第二数字压力传感器(10)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口压力，第三数字压力传感器(11)和第四数字压力传感器(12)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液口压力，以获得排液过程中贮箱气、液口压力变化的情况；
所述流量测量组件包括两个质量流量计，第一流量计(13)和第二流量计(14)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液体流量，将流量计的测量结果与压差计的测量结果配合获得得到每个贮箱的流量压差曲线；
所述剩余量测量组件由两个电子秤组成，第一电子秤(15)和第二电子秤(16)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的重量，以便在加注过程中对贮箱内模拟液剩余量进行检测，得到排液全过程中贮箱模拟液剩余量；
所述数据采集系统(22)对压差、压力、流量、重量数据进行采集，得到贮箱排液过程中相关参数实时测量的结果；
所述管路组件包括第一气路手阀(17)、第二气路手阀(18)、第一液路手阀(19)、第二液路手阀(20)、第三液路手阀(21)、气路管路、液路管路，用于与贮箱气液口、测量仪表、进气口、排液口连接。
所述第一贮箱(1)和第二贮箱(2)分别固定在第一电子秤(15)和第二电子秤(16)，贮箱通过气路管路和液路管路连接进气口和排液口；在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气路中分别连接第一气路手阀(17)和第二气路手阀(18)，在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液气路中分别连接第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)，然后在液路末端连接液路手阀(21)；第一压差计(3)连接第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口两端，第二压差计(4)连接第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液口两端，第三压差计(5)连接第一贮箱(1)的气、液口两端，第四压差计(6)连接第一贮箱(1)的液口与液路末端，第五压差计(7)连接第二贮箱(2)的气液口两端，第六压差计(7)连接第二贮箱(2)的液口与液路末端；第一数字压力传感器(9)和第二数字压力传感器(10)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)气口至第一气路手阀(17)和第二气路手阀(18)的气路段，第三数字压力传感器(11)和第四数字压力传感器(12)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)液口至第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)之间的液路段；第一流量计(13)和第二流量计(14)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)液口至第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)之间的液路段。
一种简易高效的并联贮箱平衡排放试验方法，实现步骤如下：
a、将并联贮箱平衡排放试验系统按照前述方式连接；
b、进行管路流阻一致性测试试验，对试验系统的管路流阻进行摸底；根据试验情况对气路和液路的管路流阻进行调节，确保气路和液路管路流阻的一致性，排除由于管路流阻不一致而造成贮箱不平衡排放的因素，为贮箱PMD(推进剂管理装置)的并联平衡排放打下基础；在试验过程中，在设定的排放流量下，通过调节气路和液路的截流元件，实现气液路流阻的一致性；
c、进行不带PMD的贮箱并联平衡排放试验，在设定的排放流量下，对整个系统进行并联平衡排放试验，首先，进行对贮箱进行加注，加注完成后测量贮箱的质量，然后按照设定流量进行排液，在排液末期测量贮箱的重量，通过计算获得管路本身不一致造成的平衡排放的差异，在计算贮箱PMD本身不并联平衡排放差异时，须去除这部分差异的影响；
d、在完成设定流量下不带PMD的贮箱并联平衡排放试验后，进行带PMD的贮箱平衡排放试验；首先，进行对贮箱进行加注，加注完成后测量贮箱的质量，然后按照设定流量进行排液，在排液末期测量贮箱的重量，通过计算可以获得带PMD状态下贮箱的不平衡排放总差异，将这个总差异除掉系统的各类测量误差，即得贮箱PMD自身流阻差异造成得不平衡排放差异。
所述管路流阻一致性测试试验是进行贮箱PMD并联平衡排放试验前必须进行的准备试验；在完成固定流量下不带PMD的并联平衡排放试验后，必须保持所有管路系统不变，只将PMD装入贮箱壳体。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明针对贮箱并联平衡排放的需求，创造性的提出了消除各种影响因素的方法，从原理上和实际操作上保证了测量结果的准确性，使得贮箱并联平衡排放试验简易、高效。
(2)本发明不但设计理念先进，而且可实现性很强，对部组件没有特殊的要求，可以通过试验方法消除系统测量误差，有利于试验的顺利开展和保证试验数据的一致性。
(3)本发明具有很好的测试效果，对并联贮箱平衡排放的性能起到良好的考核和验证作用，具有广泛的应用价值和推广前景，已应用在多个某桁架式平台卫星并联贮箱上。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述：
如图1所示，本发明一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统包括：压差测量组件、压力测量组件、流量测量组件、剩余量测量组件、数据采集系统和管路组件。
压差组件由六个压差计组成，第一压差计3和第二压差计4分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的气口压差和液口压差，第三压差计5和第五压差计7分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的上下游压差，第四压差计6和第六压差计8分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的下游管路压差。
压力测量组件由四个压力传感器组成，第一数字压力传感器9和第二数字压力传感器10分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的气口压力，第三数字压力传感器11和第四数字压力传感器12分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的液口压力，以获得排液过程中贮箱气、液口压力变化的情况。
流量测量组件包括两个质量流量计，第一流量计13和第二流量计14分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的液体流量，将流量计的测量结果与压差计的测量结果配合获得得到每个贮箱的流量压差曲线。
剩余量测量组件由两个电子秤组成，第一电子秤15和第二电子秤16分别测量第一贮箱1和第二贮箱2的重量，以便在加注过程中对贮箱内模拟液剩余量进行检测，得到排液全过程中贮箱模拟液剩余量。
数据采集系统22包括数据采集盒、数据采集软件。使用数据采集系统，对压差、压力、流量、重量数据进行采集，得到贮箱排液过程中相关参数实时测量的结果。
管路组件包括第一气路手阀17、第二气路手阀18，第一液路手阀19、第二液路手阀20、第三液路手阀21，气路管路、液路管路，用于与贮箱气液口、测量仪表、进气口、排液口连接。
系统具体连接方式如下：第一贮箱1和第二贮箱2分别固定在第一电子秤15和第二电子秤16；贮箱通过气路管路和液路管路连接进气口和排液口；在第一贮箱1和第二贮箱2的气路中分别连接第一气路手阀17和第二气路手阀18，在第一贮箱1和第二贮箱2的液气路中分别连接第一液路手阀19和第二液路手阀20，然后在液路末端连接液路手阀21；第一压差计3连接第一贮箱1和第二贮箱2的气口两端，第二压差计4连接第一贮箱1和第二贮箱2的液口两端，第三压差计5连接第一贮箱1的气、液口两端，第四压差计6连接第一贮箱1的液口与液路末端，精压差计7连接贮箱2的气液口两端，第五压差计7连接第二贮箱2的液口与液路末端；第一数字压力传感器9和第二数字压力传感器10分别连接在第一贮箱1和第二贮箱2气口至第一气路手阀17和第二气路手阀18的气路段，第三数字压力传感器11和第四数字压力传感器12分别连接在第一贮箱1和第二贮箱2液口至第一液路手阀19和第二液路手阀20之间的液路段；第一流量计13和第二流量计14分别连接在第一贮箱1和第二贮箱2液口至第一液路手阀19和第二液路手阀20之间的液路段。
本发明试验方法的实现步骤如下：
a、将并联贮箱平衡排放试验系统按前述方式连接；
b、进行管路流阻一致性测试试验，对试验系统的管路流阻进行摸底。根据试验情况对气路和液路的管路流阻进行调节，确保气路和液路管路流阻的一致性，排除由于管路流阻不一致而造成贮箱不平衡排放的因素，为贮箱PMD的并联平衡排放打下基础。在试验过程中，给气路加压，通过调节第一气路手阀17和第二气路手阀18，注意观察第一数字压力传感器9和第二数字压力传感器10的测试结果，使其数值一致，同时使第一压差计3的读数为零，从而实现气路流阻的一致；在设定的排放流量下，通过调节第一液路手阀19和第二液路手阀20，注意观察第四压差计6和第六压差计8的读数，使其一致，同时使第二压差计4的读数为零，从而实现液路流阻的一致。
c、进行不带PMD的贮箱并联平衡排放试验，在设定的排放流量下，对整个系统进行并联平衡排放试验。首先，对贮箱进行加注，加注完成后测量贮箱的质量，记录第一贮箱1和第二贮箱2的第一电子秤15和第二电子秤16的读数；然后给第一贮箱1和第二贮箱2加气压，使第一贮箱1和第二贮箱2按照设定流量进行排液，直到有一只贮箱排空或出气泡，出气泡的贮箱记为A贮箱；当A贮箱排空或出气泡时，记录第一贮箱1和第二贮箱2的第一电子秤15和第二电子秤16的读数，通过计算可以获得管路本身不一致造成的平衡排放的差异，在计算贮箱PMD本身不并联平衡排放差异时，须去除这部分差异的影响。
d、在完成设定流量下不带PMD的贮箱并联平衡排放试验后，进行带PMD的贮箱平衡排放试验。首先，对第一贮箱1和第二贮箱2进行加注，加注完成后测量第一贮箱1和第二贮箱2的质量，记录第一贮箱1和第二贮箱2的第一电子秤15和第二电子秤16的读数；然后给第一贮箱1和第二贮箱2加气压，使第一贮箱1和第二贮箱2按照设定流量进行排液，直到有一只贮箱排空或出气泡，出气泡的贮箱记为A贮箱；当A贮箱排空或出气泡时，记录第一贮箱1和第二贮箱2的第一电子秤15和第二电子秤16的读数，通过计算可以获得带PMD状态下贮箱的不平衡排放总差异，将这个总差异除掉系统的各类测量误差，即得贮箱PMD自身流阻差异造成得不平衡排放差异。
管路流阻一致性测试试验是进行贮箱PMD并联平衡排放试验前必须进行的准备试验；在完成固定流量下不带PMD的并联平衡排放试验后，必须保持所有管路系统不变，只将PMD装入贮箱壳体。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
Claims (3)
1.一种简易高效的贮箱并联平衡排放试验系统，其特征在于包括：压差测量组件、压力测量组件、流量测量组件、剩余量测量组件、数据采集系统和管路组件；
所述压差组件由六个压差计组成，第一压差计(3)和第二压差计(4)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口压差和液口压差，第三压差计(5)和第五压差计(7)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的上下游压差，第四压差计(6)和第六压差计(8)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的下游管路压差；
所述压力测量组件由四个数字压力传感器组成，第一数字压力传感器(9)和第二数字压力传感器(10)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口压力，第三数字压力传感器(11)和第四数字压力传感器(12)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液口压力，以获得排液过程中贮箱气、液口压力变化的情况；
所述流量测量组件包括两个质量流量计，第一质量流量计(13)和第二质量流量计(14)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液体流量，将流量计的测量结果与压差计的测量结果配合获得得到每个贮箱的流量压差曲线；
所述剩余量测量组件由两个电子秤组成，第一电子秤(15)和第二电子秤(16)分别测量第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的重量，以便在加注过程中对贮箱内模拟液剩余量进行检测，得到排液全过程中贮箱模拟液剩余量；
所述数据采集系统(22)对压差、压力、流量和重量数据进行采集，得到贮箱排液过程中相关参数实时测量的结果；
所述管路组件包括第一气路手阀(17)、第二气路手阀(18)、第一液路手阀(19)、第二液路手阀(20)、第三液路手阀(21)、气路管路、液路管路，用于与贮箱气液口、测量仪表、进气口和排液口连接；
该系统具体连接方式如下：
所述第一贮箱(1)和第二贮箱(2)分别固定在第一电子秤(15)和第二电子秤(16)，贮箱通过气路管路和液路管路连接进气口和排液口；在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气路中分别连接第一气路手阀(17)和第二气路手阀(18)，在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液气路中分别连接第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)，然后在液路末端连接液路手阀(21)；第一压差计(3)连接第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的气口两端，第二压差计(4)连接第一贮箱(1)和第二贮箱(2)的液口两端，第三压差计(5)连接第一贮箱(1)的气、液口两端，第四压差计(6)连接第一贮箱(1)的液口与液路末端，第五压差计(7)连接第二贮箱(2)的气液口两端，第六压差计(8)连接第二贮箱(2)的液口与液路末端；第一数字压力传感器(9)和第二数字压力传感器(10)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)气口至第一气路手阀(17)和第二气路手阀(18)的气路段，第三数字压力传感器(11)和第四数字压力传感器(12)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)液口至第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)之间的液路段；第一质量流量计(13)和第二质量流量计(14)分别连接在第一贮箱(1)和第二贮箱(2)液口至第一液路手阀(19)和第二液路手阀(20)之间的液路段。
2.一种简易高效的并联贮箱平衡排放试验方法，其特征在于实现步骤如下：
a、将并联贮箱平衡排放试验系统按照权利要求1所述方式连接；
b、进行管路流阻一致性测试试验，对试验系统的管路流阻进行摸底；根据试验情况对气路和液路的管路流阻进行调节，确保气路和液路管路流阻的一致性，排除由于管路流阻不一致而造成贮箱不平衡排放的因素，为贮箱推进剂管理装置即PMD的并联平衡排放打下基础；在试验过程中，在设定的排放流量下，通过调节气路和液路的截流元件，实现气液路流阻的一致性；
c、进行不带PMD的贮箱并联平衡排放试验，在设定的排放流量下，对整个系统进行并联平衡排放试验，首先，进行对贮箱进行加注，加注完成后测量贮箱的质量，然后按照设定流量进行排液，在排液末期测量贮箱的重量，通过计算获得管路本身不一致造成的平衡排放的差异，在计算PMD本身不并联平衡排放差异时，须去除这部分差异的影响；
d、在完成设定流量下不带PMD的贮箱并联平衡排放试验后，进行带PMD的贮箱平衡排放试验；首先，进行对贮箱进行加注，加注完成后测量贮箱的质量，然后按照设定流量进行排液，在排液末期测量贮箱的重量，通过计算获得带PMD状态下贮箱的不平衡排放总差异，将这个总差异除掉系统的各类测量误差，即得PMD自身流阻差异造成得不平衡排放差异。
3.根据权利要求2所述的一种简易高效的并联贮箱平衡排放试验方法，其特征在于：所述管路流阻一致性测试试验是进行PMD并联平衡排放试验前必须进行的准备试验；在完成固定流量下不带PMD的并联平衡排放试验后，必须保持所有管路系统不变，只将PMD装入贮箱壳体。
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