CN109613946B - 用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法 - Google Patents

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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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Abstract

本发明涉及一种用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法，包括S1、预测膜片贮箱所需的控温目标值；S2、根据所述控温目标值计算所述膜片贮箱在控温周期内的所需加热量；S3、根据所述所需加热量计算在控温周期内所述需的加热时长；S4、按照得出的所述加热量和所述加热时长对所述膜片贮箱进行加热。

Description

用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法
技术领域
本发明属于航天器温度控制技术领域，尤其涉及一种用于航天器膜片贮箱温度对于工质体积扰动的控制方法。
背景技术
航天器长期在轨期间，受外热流周期性变化的影响，推进剂贮箱和内部工质温度会出现周期性波动，由于液体的热胀冷缩效应，进而导致工质体积出现周期性变化。而不具备储能器等专门容纳工质体积波动装置的膜片式贮箱，在工质体积周期性波段时会导致膜片局部多次反复弯折，贮箱膜片在局部多次反复弯折的情况下，存在疲劳失效的风险。
根据膜片疲劳试验的相关结论，工质体积波动量是影响膜片疲劳次数的关键因素，为了避免贮箱膜片失效，需要对贮箱内部温度和工质体积的扰动进行精确控制。
目前航天器一般只在贮箱外表面粘贴测温传感器，并且设置有贮箱主动加热装置但是通过测温传感器测得贮箱表面温度，在贮箱外热流变化和工质温度出现波动的情况下，无法获得贮箱内部推进剂的温度场分布或准确的平均温度，也就无法根据推进剂温度场和体积膨胀系数计算推进剂体积波动量并作为主动加热装置进行加热的依据，即无法实现对贮箱内温度、工质体积波段进行精确的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法，精确控制膜片贮箱内的温度和工质体积的波动范围。
为实现上述目的，本发明提供一种用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法，包括：
S1、预测膜片贮箱所需的控温目标值；
S2、根据所述控温目标值计算所述膜片贮箱在控温周期内的所需加热量；
S3、根据所述所需加热量计算在控温周期内所述需的加热时长；
S4、按照得出的所述加热量和所述加热时长对所述膜片贮箱进行加热。
根据本发明的一个方面，所述步骤S1包括：
S11、对航天器在轨飞行的各种高温工况进行分析，获取所述膜片贮箱的最高温度值；
S12、依据所述膜片贮箱的最高温度值来预测所需的控温目标值。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S11中之前，需要在所述膜片贮箱上设置温度传感器，用于分析航天器在轨飞行的各种高温工况。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S2中，根据所述控温目标值获取所述膜片贮箱所需的净吸热量，所述所需加热量等于所述净吸热量与所述加热时长内的漏热量之和。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S4之前，需要在所述膜片贮箱上设置加热装置。
根据本发明的一个方案，通过预测膜片贮箱的控温目标值，并采用主动电加热的控温方式对膜片贮箱进行温度控制，能够实现对膜片贮箱温度、工质体积波动进行精确控制。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法的流程图；
图2是示意性表示根据本发明膜片贮箱主动控温周期内温度波动示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1是示意性表示根据本发明用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法的流程图。本发明的用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法包括：S1、预测膜片贮箱所需的控温目标值；S2、根据所述控温目标值计算所述膜片贮箱在控温周期内的所需加热量；S3、根据所述所需加热量计算在控温周期内所述需的加热时长；S4、按照得出的所述加热量和所述加热时长对所述膜片贮箱进行加热。
也就说，在本发明中，采用的方案是根据主动电加热输入热量与工质的比热、热膨胀系数等参数，换算出推进剂体积的波动量，并作为热控分系统主动电加热回路通断控制的依据。
具体来说，首先在步骤S1中，需要在膜片贮箱上设置温度传感器，进而对航天器在轨飞行的各种温度工况进行分析，获取膜片贮箱的最高温度，然后依据获得的贮箱的最高温度预测出膜片贮箱所需的控温目标值。
由于膜片贮箱内的温度变化会影响工质体积的变化，预测出的膜片贮箱所需的控温目标值即预定将膜片贮箱内的温度控制在一定范围内，从而可以将工质体积的变化控制在一定范围内。
之后，可以根据预测的膜片贮箱所需的控温目标值计算出膜片贮箱在控温周期内的所需加热量。在此步骤中，根据控温目标值获取膜片贮箱所需的净吸热量，所需加热量等于净吸热量与加热时长内的漏热量之和。
具体如图2所示，在1个主动电加热周期t内，加热功耗为P1，加热时长为t1，漏热功耗为P2，漏热时长为整个周期t。在没有主动电加热的情况下，由于外热流变化引起的贮箱平衡温度T0变化为一个相对长期过程，因此在进行主动电加热周期分析时可近似认为T0为一个常量。在此基础上，加入主动电加热控温，此时一个主动电加热周期内贮箱吸收的总热量Q和总漏热量相等，即
Figure BDA0001967123520000041
在加热时段贮箱吸收的净热量
Figure BDA0001967123520000042
对于某确定的推进剂工质，由于推进剂体积变化量ΔV与其实际吸收的净热量Q1有一一对应关系，且Q1<Q，若能控制一个主动电加热周期内Q值对应的体积变化不超过ΔV，则在一个加热周期内推进剂体积波动量不超过ΔV。
根据某航天器推进剂贮箱推进剂体积温度波动精确控制的结果，在贮箱膜片疲劳耐受能力范围内，采取此方案可将总体积200L的推进剂因温度波动引起的体积变化量控制在0.1L以内，且可以根据实际膜片的疲劳失效特性和耐受能力，灵活调整体积变化量。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于航天器膜片贮箱温度对工质体积扰动的控制方法，包括：
S1、预测膜片贮箱所需的控温目标值；
S2、根据所述控温目标值计算所述膜片贮箱在控温周期内的所需加热量；
S3、根据所述所需加热量计算在控温周期内所述需的加热时长；
S4、按照得出的所述加热量和所述加热时长对所述膜片贮箱进行加热。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11、对航天器在轨飞行的各种高温工况进行分析，获取所述膜片贮箱的最高温度值；
S12、依据所述膜片贮箱的最高温度值来预测所需的控温目标值。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S11中之前，需要在所述膜片贮箱上设置温度传感器，用于分析航天器在轨飞行的各种高温工况。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所需加热量包括净吸热量和漏热量，所述净吸热量为所述所需加热量减去加热时长内的所述漏热量。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S4之前，需要在所述膜片贮箱上设置加热装置。
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