CN108061660A - 基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，所述基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法采用了地面线振动测试数据进行响应仿真有限元模型的修正，并标定推力与线振动间的传递函数；仿真结果数据结合在轨测试数据进行干扰剔除，获得发动机在轨推力带来的线振动响应；并利用推力与线振动间的传递函数进行发动机在轨推力反演，实时标定卫星发动机在轨推力。本发明可广泛应用于各类航天器的各类发动机/推力器在轨推力的实时标定，利于航天器在轨进行轨道控制和姿态控制的策略修正与优化。

Description

基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法
技术领域
本发明涉及一种推力实时标定方法，具体地，涉及一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法。
背景技术
卫星在轨状态下，因气液状态变化使得发动机推力发生变化，使得卫星在轨轨道保持及变轨操作时存在较大风险，特别是在推进剂消耗而导致卫星质量特性发生变化时，发动机推力变化使得卫星在轨操控存在极大的风险，甚至关乎到高精度卫星的成败。然而，现阶段卫星发动机推力在轨尚无有效的标定方法，使得卫星变轨和轨道保持时存在一定风险，特别是卫星惯量与推力比较小，且卫星需要具备较长时间轨道机动或较大幅度的变轨操控时，卫星发动机在轨推力实时标定极为重要，是必须要重视的关乎卫星成败的重要问题。
因此，如何准确和高效的进行卫星发动机在轨推力实时标定，无论对卫星还是其它航天器均是极为重要的研究课题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其可广泛应用于各类航天器的各类发动机/推力器在轨推力的实时标定，利于航天器在轨进行轨道控制和姿态控制的策略修正与优化。
根据本发明的一个方面，提供一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法采用了地面线振动测试数据进行响应仿真有限元模型的修正，并标定推力与线振动间的传递函数；仿真结果数据结合在轨测试数据进行干扰剔除，获得发动机在轨推力带来的线振动响应；并利用推力与线振动间的传递函数进行发动机在轨推力反演，实时标定卫星发动机在轨推力。
优选地，所述基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法包括以下步骤：
步骤一，根据卫星构型及推力器布局，结合地面试验数据和有限元理论建立卫星结构有限元仿真建模；
步骤二，依据发动机推力热标试验数据，以及发动机推力主传递路径上设置线振动传感器，进行发动机推力地面模拟响应测试；
步骤三，依据发动机推力地面模拟响应测试结果，优化地面试验状态仿真模型，获得与校准推力器推力与线振动响应之间的传递函数，并建立在轨状态仿真模型进行在轨不同工况下的推力器点火响应仿真；
步骤四，设置与地面试验相同空间位置的线振动传感器进行在轨试验，将在轨不同工况下推力器点火时的线振动响应和卫星姿控数据传输至地面，利用该数据对比推力器点火响应仿真结果数据，剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动，得到推力器点火在主传递路径上的响应；
步骤五，根据推力器点火响应仿真结果及推力器推力与线振动响应之间的传递函数，利用在轨线振动响应反演出推力器推力及其变化曲线，实现在轨实时标定卫星发动机推力的方法。
优选地，所述地面线振动测试数据为发动机推力地面模拟响应测试结果，是以发动机推力热标试验数据为输入，以发动机推力在星体上的主传递路径上设置的线振动传感器为测量部件，进行振动和冲击试验获得线振动传感器的测试数据。
优选地，所述推力器推力与线振动响应间的传递函数为不同推力输入条件与线振动传感器不同数值之间的对应关系。
优选地，所述剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动等干扰是线振动传感器在轨实测数据结合仿真模型仿真结果，剥离卫星附件、结构本体和姿态晃动的频率对应的响应。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明可广泛应用于各类航天器的各类发动机/推力器在轨推力的实时标定，利于航天器在轨进行轨道控制和姿态控制的策略修正与优化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法采用了地面线振动测试数据进行响应仿真有限元模型的修正，并标定推力与线振动间的传递函数；仿真结果数据结合在轨测试数据进行干扰剔除，获得发动机在轨推力带来的线振动响应；并利用推力与线振动间的传递函数进行发动机在轨推力反演，实时标定卫星发动机在轨推力。
本发明基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法包括以下步骤：
步骤一，根据卫星构型及推力器布局，结合地面试验数据和有限元理论建立卫星结构有限元仿真建模；
步骤二，依据发动机推力热标试验数据，以及发动机推力主传递路径上设置线振动传感器，进行发动机推力地面模拟响应测试；
步骤三，依据发动机推力地面模拟响应测试结果，优化地面试验状态仿真模型，获得与校准推力器推力与线振动响应之间的传递函数，并建立在轨状态仿真模型进行在轨不同工况下的推力器点火响应仿真；
步骤四，设置与地面试验相同空间位置的线振动传感器进行在轨试验，将在轨不同工况下推力器点火时的线振动响应和卫星姿控数据传输至地面，利用该数据对比推力器点火响应仿真结果数据，剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动等干扰，得到推力器点火在主传递路径上的响应；
步骤五，根据推力器点火响应仿真结果及推力器推力与线振动响应之间的传递函数，利用在轨线振动响应反演出推力器推力及其变化曲线，实现在轨实时标定卫星发动机推力的方法。
所述地面线振动测试数据为发动机推力地面模拟响应测试结果，是以发动机推力热标试验数据为输入，以发动机推力在星体上的主传递路径上设置的线振动传感器为测量部件，进行振动和冲击试验获得线振动传感器的测试数据。
所述推力器推力与线振动响应间的传递函数为不同推力输入条件与线振动传感器不同数值之间的对应关系。
所述剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动等干扰是线振动传感器在轨实测数据结合仿真模型仿真结果，剥离卫星附件、结构本体和姿态晃动的频率对应的响应，即为发动机在轨推力带来的响应。
本发明从工程实际角度出发，采用了地面线振动测试数据进行响应仿真模型修正，仿真结果数据结合在轨测试数据进行干扰剔除，提出了一种利用线振动测量数据进行实时标定卫星发动机在轨推力的方法。所述方法包括：根据卫星构型及推力器布局，结合地面试验数据和有限元理论建立卫星结构有限元仿真建模；依据发动机推力热标试验数据，以及发动机推力主传递路径上设置线振动传感器，进行发动机推力地面模拟响应测试；依据发动机推力地面模拟响应测试结果，优化地面试验状态仿真模型，获得与校准推力器推力与线振动响应之间的传递函数，并建立在轨状态仿真模型进行在轨不同工况下的推力器点火响应仿真；将在轨不同工况下推力器点火响应和卫星姿控数据传输至地面，利用该数据对比推力器点火响应仿真结果数据，剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动等干扰，得到推力器点火在主传递路径上的响应；根据推力器点火响应仿真及推力器推力与线振动响应之间的传递函数，利用在轨线振动响应反演出推力器推力及其变化曲线，实现在轨实时标定卫星发动机推力的方法。本发明可广泛应用于各类航天器的各类发动机/推力器在轨推力的实时标定，利于航天器在轨进行轨道控制和姿态控制的策略修正与优化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法采用了地面线振动测试数据进行响应仿真有限元模型的修正，并标定推力与线振动间的传递函数；仿真结果数据结合在轨测试数据进行干扰剔除，获得发动机在轨推力带来的线振动响应；并利用推力与线振动间的传递函数进行发动机在轨推力反演，实时标定卫星发动机在轨推力。
2.根据权利要求1所述的基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法包括以下步骤：
步骤一，根据卫星构型及推力器布局，结合地面试验数据和有限元理论建立卫星结构有限元仿真建模；
步骤二，依据发动机推力热标试验数据，以及发动机推力主传递路径上设置线振动传感器，进行发动机推力地面模拟响应测试；
步骤三，依据发动机推力地面模拟响应测试结果，优化地面试验状态仿真模型，获得与校准推力器推力与线振动响应之间的传递函数，并建立在轨状态仿真模型进行在轨不同工况下的推力器点火响应仿真；
步骤四，设置与地面试验相同空间位置的线振动传感器进行在轨试验，将在轨不同工况下推力器点火时的线振动响应和卫星姿控数据传输至地面，利用该数据对比推力器点火响应仿真结果数据，剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动，得到推力器点火在主传递路径上的响应；
步骤五，根据推力器点火响应仿真结果及推力器推力与线振动响应之间的传递函数，利用在轨线振动响应反演出推力器推力及其变化曲线，实现在轨实时标定卫星发动机推力的方法。
3.根据权利要求2所述的基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述地面线振动测试数据为发动机推力地面模拟响应测试结果，是以发动机推力热标试验数据为输入，以发动机推力在星体上的主传递路径上设置的线振动传感器为测量部件，进行振动和冲击试验获得线振动传感器的测试数据。
4.根据权利要求2所述的基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述推力器推力与线振动响应间的传递函数为不同推力输入条件与线振动传感器不同数值之间的对应关系。
5.根据权利要求2所述的基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，其特征在于，所述剔除卫星附件、结构本体和姿态晃动等干扰是线振动传感器在轨实测数据结合仿真模型仿真结果，剥离卫星附件、结构本体和姿态晃动的频率对应的响应。
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