CN103192997B

CN103192997B - 一种航天器推进剂混合比主动调节方法

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Publication number: CN103192997B
Application number: CN201310090985.7A
Authority: CN
Inventors: 洪鑫; 王睿
Original assignee: Shanghai Institute of Space Propulsion
Current assignee: Shanghai Institute of Space Propulsion
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: CN103192997A

Abstract

一种航天器推进剂混合比主动调节方法，包括：在将大消耗量的发动机装进航天器推进系统前进行试车，测定工作参数，再通过调节系统硬件使氧化剂和燃料在标准入口压力下达到标准混合比；在氧化剂和燃料入口处设置压力传感器，同时在氧化剂和燃料贮箱上游的增压管路上各设置供气自锁阀；在发动机工作过程中，通过推进系统控制器实时采集发动机入口处燃料和氧化剂的压力参数，并进行比较和调节，使得两种推进剂在发动机的入口压力控制在很接近的水平，从而可控制推进剂总混合比的偏差水平。本发明有效地提高了航天器推进系统推进剂的利用率，从而提高了航天器运行寿命和有效载荷质量，降低了航天器的生产成本。

Description

一种航天器推进剂混合比主动调节方法

技术领域

本发明涉及航天器推进技术领域，更具体的说，涉及一种航天器推进剂混合比主动调节的方法。

背景技术

航天器推进系统的功能是为航天器提供变轨和姿态控制所需的推力。对于飞船、大型的人造卫星、深空探测器而言，目前国内外广泛采用双组元推进系统，携带两种推进剂(分别为氧化剂和燃料)，燃烧产生推力。混合比是指发动机工作时氧化剂与燃料的质量流量比值。推进剂装填量是按照标准混合比设计的，使用过程中当混合比偏离标准设计值后，必然导致最后会剩余某一种推进剂，剩余的推进剂单靠自身无法燃烧使用，成为不可用推进剂，混合比偏差越大，在同样的推进剂装填量下推进剂可使用率就越低，推进系统的效能就越低。

目前国内相关产品控制混合比的方法主要是被动控制法，即在设计推进系统所属的各级产品时设计好各产品的相关参数，使之接近标准状态，从而使装配起来后的推进系统的混合比自然接近标准状态。这种方法的不足之处是无法消除各种设计误差、生产误差以及装配环节带来的误差，目前混合比的偏差值只能达到3％以内的水平，再小则有很大的实现难度。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术解决，提供一种航天器推进剂混合比主动调节方法，该方法使两种推进剂按照标准比例消耗，从而克服了推进剂剩余量多，易导致推进剂有效使用量低的缺点。本发明立足于压力测量反馈控制原理，可以将混合比偏差控制在1％量级。

为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种航天器推进剂混合比主动调节方法，包括：

（1）将航天器推进系统中推进剂消耗较大的发动机在装到系统前进行试车，测定工作参数，再通过调节航天器推进系统的硬件使氧化剂和燃料在标准入口压力下达到标准混合比；

(2)在所述发动机氧化剂和燃料入口处设置压力传感器，同时在氧化剂和燃料贮箱上游的增压管路上各设置供气自锁阀Lo、Lf；

（3）当所述发动机工作时，通过推进系统控制器编制的软件实时采集发动机入口处燃料和氧化剂的压力参数，并进行比较，若两路压力之差大于一定阈值，则关闭压力高的那一路推进剂贮箱的供气自锁阀，使之压力下降而接近另一路的压力，当压力低于某阈值后再重新打开供气自锁阀，由此把两种推进剂在发动机的入口压力控制在很接近的水平，从而可控制推进剂总混合比的偏差水平。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）由于混合比偏差降低，因此两种推进剂几乎按标准比例消耗，降低了最终的不可用推进剂剩余量，提高了推进剂的有效利用率，常达99%以上；

（2）推进剂利用率提高后，对于某一确定的任务而言，可减少推进剂装填量，缩小硬件尺寸和重量，提高有效载荷质量，提高经济效益。

（3）对于主发动机消耗大部分推进剂的航天器推进系统，本方法均适用，而且增加硬件很少。

附图说明

图1是本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用的航天器推进系统由内气源1、减压阀2、氧化剂供气自锁阀Lo3、控制器4、燃料供气自锁阀Lf5、氧化剂贮箱6、燃料贮箱7、氧化剂路压力Po8、燃料路压力Pf9、主发动机10组成。

将航天器推进系统中推进剂消耗较大的主发动机在装到系统前进行试车，测定工作参数，然后调节航天器推进系统的硬件使氧化剂和燃料在标准入口压力(一般氧化剂和燃料的入口压力是相等的，但这不是必要条件)下达到标准混合比，然后装配到推进系统中(一般主发动机自身混合比误差可控制在0.5%以下甚至更低)。

在主发动机氧化剂和燃料入口处设置压力传感器，同时在氧化剂和燃料贮箱上游的增压管路上各设置供气自锁阀Lo、Lf。

当主发动机工作时，通过推进系统控制器实时采集发动机入口处燃料和氧化剂的压力参数，并进行比较，若两路压力之差大于一定阈值，则关闭压力高的那一路推进剂贮箱的供气自锁阀，使之压力下降而接近另一路的压力，当压力低于某阈值后再重新打开供气自锁阀，由此把两种推进剂在发动机的入口压力控制在很接近的水平，从而可控制推进剂总混合比的偏差小于1％水平。

本发明调节方法的流程如下：

首先，令WXo、WXf分别表示供气自锁阀Lo、Lf的开关状态，且开为1，关为0；

令Dp表示入口压力公差，Dp人为指定，参考值为0.002；

令Po、Pf分别表示氧化剂路压力和燃料路压力；

具体实现步骤如下：

0）、初始赋值：WXo=WXf=1；

1）、采集Po、PF，取一个控制周期的平均值；

2）、比较WX值：

2.1）若WXo=1，则：

2.1.1）若WXf=1，则：

2.1.1.1）若Po>Pf+Dp,则关闭Lf，赋WXo=0，返回1）；

2.1.1.2）若Pf>Po+Dp,则关闭Lo，赋WXf=0，返回1）；

2.1.1.3）返回1）；

2.1.2）若WXf=0，则：

2.1.2.1）若Pf<Po-Dp,则打开Lf，赋WXf=1，返回1）；

2.1.2.2）返回1）；

2.2）若WXo=0，则：

2.2.1）若WXf=1，则：

2.2.1.1）若Po<Pf-Dp,则打开Lo，赋WXO=1，返回1）；

2.2.1.2）返回1）；

2.2.2）若WXf=0，则：打开Lo、Lf，赋WXO=WXF=1，返回1）；

3）、返回1）。

当主发动机停止工作后，发遥控或程控指令打开自锁阀Lo、自锁阀Lf。

Claims

1.一种航天器推进剂混合比主动调节方法，其特征在于，该方法包括：

(1)将航天器推进系统中推进剂消耗较大的发动机在装到系统前进行试车，测定工作参数，再通过调节航天器推进系统的硬件使氧化剂和燃料在标准入口压力下达到标准混合比；

(2)在所述氧化剂和燃料入口处设置压力传感器，同时在氧化剂和燃料贮箱上游的增压管路上各设置供气自锁阀Lo、Lf；

(3)当所述发动机工作时，通过推进系统控制器实时采集发动机入口处燃料和氧化剂的压力参数，并进行比较，若两路压力之差大于一定阈值，则关闭压力高的那一路推进剂贮箱的供气自锁阀，使之压力下降而接近另一路的压力，当压力低于某阈值后再重新打开供气自锁阀，由此把两种推进剂在发动机的入口压力控制在很接近的水平，从而可控制推进剂总混合比的偏差水平。

2.根据权利要求1所述的航天器推进剂混合比主动调节方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体实现方法如下：

令WXo、WXf分别表示供气自锁阀Lo、Lf的开关状态，且开为1，关为0；

令Dp表示入口压力公差，Dp人为指定，参考值为0.002；

令Po、Pf分别表示氧化剂路压力和燃料路压力；

具体步骤如下：

0)、初始赋值：WXo＝WXf＝1；

1)、采集Po、Pf，取一个控制周期的平均值；

2)、比较WXo和WXf值：

2.1)若WXo＝1，则：

2.1.1)若WXf＝1，则：

2.1.1.1)若Po>Pf+Dp,则关闭Lf，赋WXo＝0，返回1)；

2.1.1.2)若Pf>Po+Dp,则关闭Lo，赋WXf＝0，返回1)；

2.1.1.3)返回1)；

2.1.2)若WXf＝0，则：

2.1.2.1)若Pf<Po-Dp,则打开Lf，赋WXf＝1，返回1)；

2.1.2.2)返回1)；

2.2)若WXo＝0，则：

2.2.1)若WXf＝1，则：

2.2.1.1)若Po<Pf-Dp,则打开Lo，赋WXo＝1，返回1)；

2.2.1.2)返回1)；

2.2.2)若WXf＝0，则：打开Lo、Lf，赋WXo＝WXf＝1，返回1)；

3)、返回1)。