CN110525694A - 一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，(1)进行控制前状态参数设定，(2)进行并联氧箱平衡压力计算，(3)进行并联燃箱平衡压力计算，(4)进行混合比控制。本发明考虑了航天器并联贮箱推进系统在进行混合比控制前，两台并联贮箱之间压力不平衡的实际在轨工况，给出了混合比控制前两台并联贮箱之间平衡压力的计算流程，适用于并联贮箱推进系统在轨压力不平衡的状态，实现推进剂在轨的高效利用；本发明的主流程和子流程是全参数化的、引入了迭代循环、判读分支等计算方式，便于编制计算程序，进而降低确定控制参数的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，将系统混合比控制前状态参数、控制目标参数、发动机和贮箱固有设计参数、工质属性参数作为输入量，准确、快速地计算出进行系统混合比控制需要充气的贮箱和充气的压力。
背景技术
航天器双组元并联贮箱化学推进系统使用氧化剂和燃烧剂2种工质作为推进剂。该推进系统一般由高压气路模块、推进剂贮存模块、发动机模块、电子线路模块共计4部分组成。高压气路模块功能是贮存高压气体并向推进剂贮箱提供稳定流动的增压气体，使贮箱压力在一定范围内，以保证推进剂流量和流动压力满足发动机点火需求。推进剂贮存模块功能是贮存和分配管理推进剂，氧化剂和燃烧剂分别装填在2个贮箱内，贮箱上下游设置自锁阀、压力传感器用于控制及监视推进剂的使用，贮箱外表面贴有温度传感器测量贮箱的温度。2种推进剂最终按照设计的流量和压力流向发动机模块中的发动机，在发动机燃烧将化学能转化成动能，输出推力或力矩。电子线路模块为系统提供电源，驱动控制各种阀门及获得压力传感器和温度传感器读数等。
双组元并联贮箱化学推进系统氧化剂和燃烧剂间的燃烧反应存在最佳混合比，即发动机中燃烧反应的氧化剂和燃烧剂消耗质量流率比值。航天器发射前也基本按照最佳混合比装填2种推进剂，并希望发动机按照最佳混合比消耗推进剂。若燃烧反应偏离最佳混合比，会产生两方面不良影响，一是发动机的推力、比冲、寿命等会偏离设计值，二是最终会导致2种推进剂不能同时消耗完毕，剩余的推进剂会形成呆重影响卫星效率。由于推进系统中2种推进剂的管路不严格对称、发动机标定流阻误差等多种原因，并联贮箱推进系统在轨时往往会出现混合比偏差。
因此，针对并联贮箱推进系统的混合比偏差，最有效的措施就是在轨时进行混合比的控制。进行控制的基本思路是对氧化剂贮箱和燃烧剂贮箱的压力、也即贮箱排出推进剂的“推动力”分别进行调整，实现贮箱排出推进剂流率以及系统混合比的控制。
现有技术提出的方法主要存在两方面不足：
1)在进行混合比控制前，即默认了同种推进剂并联的两贮箱之间是压力平衡的。这与并联贮箱推进系统实际在轨工况相差很大，实际上受管路布局、单机流阻等因素，同种推进剂并联的两贮箱压力是不相同的，在进行混合比控制之前必须考虑并联贮箱的压力差异。
2)并未明确如何计算控制前后系统混合比的具体数值，对评估控制前后系统状态的变化不够便捷。
发明内容
本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，控制系统推进剂使用达到最佳混合比。
本发明的技术解决方案：
一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，具体步骤为：
(1)进行控制前状态参数设定：
(a)设定工质参数，包括：并联贮箱推进系统使用的气体的摩尔质量M、气体常数R、气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2；氧化剂和燃烧剂的基准密度ρ_o_0/ρ_f_0、密度系数a_o/a_f；
(b)设定发动机参数，包括：额定氧化剂流量q_o、额定燃烧剂流量q_f、氧化剂额定密度ρ_o_e、燃烧剂额定密度ρ_f_e、氧入口额定压力P_o_e、燃入口额定压力P_f_e、氧流量小偏差方程的4个系数a_o_1/a_o_2/a_o_3/a_o_4、燃流量小偏差方程的4个系数a_f_1/a_f_2/a_f_3/a_f_4；
(c)设定氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f；
(d)设定贮箱参数，包括：氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b、燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b；
(e)设定求解精度参数，包括：压力循环步长P_step、体积循环步长V_step、气体密度残差收敛标准δ_ρ_min、气体压力残差收敛标准δ_P_min；
(f)定义控制前为状态1，设定状态1下贮箱状态参数，包括氧箱a压力P_o_a_1、氧箱b压力P_o_b_1、燃箱a压力P_f_a_1、燃箱b压力P_f_b_1，氧箱a温度T_o_a_1、氧箱b温度T_o_b_1、燃箱a温度T_f_a_1、燃箱b温度T_f_b_1，氧箱a推进剂质量m_o_a_1、氧箱b推进剂质量m_o_b_1、燃箱a推进剂质量m_f_a_1、燃箱b推进剂质量m_f_b_1；
(2)进行并联氧箱平衡压力计算：
(a)设定并联贮箱平衡压力计算所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为氧化剂对应的编号1及进行贮箱参数转换赋值，将氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下氧箱a和氧箱b的推进剂质量m_o_a_1/m_o_b_、温度T_o_a_1/T_o_b_1、压力P_o_a_1/P_o_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1；
(b)根据并联贮箱平衡压力计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal；
(c)在自锁阀LV1和LV3关闭状态下，开LV5和LV7，直至氧箱a和氧箱b压力平衡；
(d)设定混合比控制前氧箱压力P_o为平衡后压力P_bal、混合比控制前氧箱温度T_g_o为平衡后温度T_bal；
(3)进行并联燃箱平衡压力计算：
(a)设定并联贮箱平衡压力计算所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为燃烧剂对应的编号2及进行贮箱参数转换赋值，将燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下燃箱a和燃箱b的推进剂质量m_f_a_1/m_f_b_、温度T_f_a_1/T_f_b_1、压力P_f_a_1/P_f_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1；
(b)根据并联贮箱平衡压力计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal；
(c)在自锁阀LV2和LV4关闭状态下，开LV6和LV8，直至燃箱a和燃箱b压力平衡；
(d)设定混合比控制前燃箱压力P_f为平衡后压力P_bal、混合比控制前燃箱温度T_g_f为平衡后温度T_bal；
(4)进行混合比控制：
(a)设定混合比控制目标γ*；
(b)根据混合比控制计算确定需充气的贮箱标志D_mix_buqi和充气压力P_mix_buqi；
(c)根据需充气的贮箱标志D_mix_buqi的不同，选择不同的操作步骤，若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝1指向氧箱，则执行步骤(d-1)；若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝2指向燃箱，则执行步骤(d-2)；若需充气的贮箱标志指向其他，则直接跳向步骤(e)；
(d-1)开氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3将氧箱a和氧箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3，即完成混合比控制；
(d-2)开燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4将燃箱a和燃箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4，即完成混合比控制；
(e)结束。
并联贮箱平衡压力计算方法为：
(a)根据状态1下贮箱a温度T_a_1和状态1下贮箱b温度T_b_1，计算推进剂温度T_l＝0.5*(T_a_1+T_b_1)；
(b)根据推进剂类型编号N_p的不同，选择不同的操作步骤，若推进剂类型编号N_p＝1指向氧化剂，则执行步骤(c-1)；若推进剂类型编号N_p＝2指向燃烧剂，则执行步骤(c-2)；
(c-1)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、推进剂温度T_l和氧化剂密度系数a_o计算推进剂密度ρ_l＝ρ_o_0+a_o*T_l；
(c-2)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、推进剂温度T_l和燃烧剂密度系数a_f计算推进剂密度；
(d)根据状态1下贮箱a推进剂质量m_a_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱a推进剂体积V_l_a_1＝m_a_1/ρ_l，根据状态1下贮箱b推进剂质量m_b_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱b推进剂体积V_l_b_1＝m_b_1/ρ_l；
(e)根据贮箱a容积V_a和贮箱a推进剂体积V_l_a_1计算状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1＝V_a-V_l_a_1，根据贮箱b容积V_b和贮箱b推进剂体积V_l_b_1计算状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1＝V_b-V_l_b_1；
(f)根据状态1下贮箱a压力P_a_1与状态1下贮箱b压力P_b_1间大小不同，选择不同的操作步骤。若P_a_1>P_b_1，则执行步骤(g-1)；若P_a_1<P_b_1，则执行步骤(g-2)；若P_a_1＝P_b_1，则执行步骤(g-3)；
(g-1)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为1、贮箱b气体体积变化标志D_b为-1；
(g-2)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为-1、贮箱b气体体积变化标志为D_b1；
(g-3)令两箱压力平衡时压力P_bal为状态1下贮箱a压力P_a_1，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l。转向步骤(r)；
(h)设定体积循环序号i为初始值1；
(i)根据状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1、体积循环序号i、贮箱a气体体积变化标志D_a、体积循环步长V_step，计算贮箱a气体新体积V_g_a_ceshi＝V_g_a_1+i*D_a*V_step；
(j)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱a压力P_a_1，压力变化标志D_P为-1，气体温度T为状态1下贮箱a温度T_a_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱a气体质量m_g_a_1与贮箱a气体新体积的比值V_g_a_ceshi；
(k)通过气体压力求解计算贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi＝P_ceshi；
(l)根据状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1、体积循环序号i、贮箱b气体体积变化标志D_b、体积循环步长V_step，计算贮箱b气体新体积V_g_b_ceshi＝V_g_b_1+i*D_b*V_step；
(m)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱b压力P_b_1，压力变化标志D_P为1，气体温度T为状态1下贮箱b温度T_b_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱b气体质量m_g_b_1与贮箱b气体新体积的比值V_g_b_ceshi；
(n)通过气体压力求解计算贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi＝P_ceshi；
(o)根据贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi和贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi，计算压力残差δ_P＝|P_a_ceshi-P_b_ceshi|/P_a_ceshi；
(p)根据压力残差δ_P与气体压力残差收敛标准δ_P_min之间大小不同，选择不同的操作步骤，若δ_P≥δ_P_min，则执行步骤(q-1)；若δ_P<δ_P_min，则执行步骤(q-2)；
(q-1)令体积循环序号i加1，重回执行步骤(i)；
(q-2)设定两箱压力平衡时压力P_bal为贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l；
(r)结束。
混合比控制计算包括初始混合比计算、补气贮箱标志及补气压力计算。
初始混合比计算方法为：
(a)设定氧箱总容积V_o_t为氧箱a容积V_o_a与氧箱b容积V_t_b之和，氧化剂质量为状态1下氧箱a推进剂质量m_o_a_1与状态1下氧箱b推进剂质量m_o_b_1之和，混合比控制前氧化剂温度T_o为混合比控制前氧箱温度T_g_o；
(b)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、氧化剂密度系数a_o、混合比控制前氧化剂温度T_o，计算氧化剂密度ρ_o＝ρ_o_0+a_o*T_o；
(c)根据混合比控制前氧箱压力P_o、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o-ΔP_o；
(d)设定燃箱总容积V_f_t为燃箱a容积V_f_a与燃箱b容积V_t_b之和，燃烧剂质量m_f为状态1下燃箱a推进剂质量m_f_a_1与状态1下燃箱b推进剂质量m_f_b_1之和，混合比控制前燃烧剂温度T_f为混合比控制前燃箱温度T_g_f；
(e)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、燃烧剂密度系数a_f、混合比控制前燃烧剂温度T_f，计算燃烧剂密度ρ_f＝ρ_f_0+a_f*T_f；
(f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f-ΔP_f；
(g)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(i)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算控制前发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)；
补气贮箱标志及补气压力计算方法为：
(a)根据控制前发动机混合比γ_0与混合比控制目标γ*间大小不同，选择不同的操作步骤，若γ_0<γ*，则转向步骤(b_o)；若γ_0>γ*，则转向步骤(b_f)；若γ_0＝γ*，则转向步骤(b)；
(b)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为0，混合比控制需充气压力P_mix_buqi为混合比控制前氧箱压力P_o，转向步骤(l)；
(b_o)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为1；
(c_o)设定压力循环序号i为起始值1；
(d_o)根据混合比控制前氧箱压力P_o、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算氧箱新压力P_o_ceshi＝P_o+i*P_step；
(e_o)根据氧箱新压力P_o_ceshi、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o_ceshi-ΔP_o；
(f_o)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(g_o)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h_o)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)；
(i_o)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*；
(j_o)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_o_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_o_n)；
(k_o_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为氧箱新压力P_o_ceshi，转向步骤(l)；
(k_o_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_o)；
(b_f)设定混合比控制需充气的贮箱标志P_mix_buqi为2；
(c_f)设定压力循环序号i为起始值1；
(d_f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算燃箱新压力P_f_ceshi＝P_f+i*P_step；
(e_f)根据燃箱新压力P_f_ceshi、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f_ceshi-ΔP_f；
(f_f)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(g_f)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h_f)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)；
(i_f)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*；
(j_f)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_f_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_f_n)；
(k_f_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为燃箱新压力P_f_ceshi，转向步骤(l)；
(k_f_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_f)；
(l)输出混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi、混合比控制需充气压力P_mix_buqi；
(m)结束。
气体压力求解方法为：
(a)设定压力循环序号i为初始值1；
(b)根据压力变化起始值P_0、压力循环序号i、压力变化标志D_P、压力循环步长P_step，计算气体新压力P_ceshi＝P_0+i*D_P*P_step。
(c)根据根据气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2、气体新压力P_ceshi、气体温度T，计算气体新压缩因子Z_ceshi＝1+a_Z_1*P_ceshi*T^a_Z_2；
(d)根据气体新压力P_ceshi、气体摩尔质量M、气体新压缩因子Z_ceshi、气体温度T、气体常数R，计算气体新密度ρ_g_ceshi＝P_ceshi*M/(Z_ceshi*T*R)；
(e)根据气体新密度ρ_g_ceshi、气体收敛密度ρ_g_0，计算气体密度残差δ_ρ＝|ρ_g_ceshi-ρ_g_0|/ρ_g_0；
(f)根据气体密度残差δ_ρ与气体密度残差收敛标准δ_ρ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_ρ<δ_ρ_min，执行步骤(g_y)；若δ_ρ≥δ_ρ_min，执行步骤(g_n)；
(g_y)输出气体新压力P_ceshi；
(g_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(b)；
(h)结束。
并联贮箱推进系统包含4台贮箱，其中2台氧箱和2台燃箱，分别为氧箱a MON-a、氧箱b MON-b、燃箱a MMH-a、燃箱b MMH-b。2台氧箱之间并联排出氧化剂，即氧箱a MON-a和氧箱b MON-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV5和LV7后联通在一起，并通向发动机Eng的氧化剂入口，以向发动机Eng提供氧化剂。
氧箱a MON-a和氧箱b MON-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV1和LV3后联通在一起。
2台燃箱之间并联排出燃烧剂，即燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV6和LV8后联通在一起，并通向发动机Eng的燃烧剂入口，以向发动机Eng提供燃烧剂。
燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV2和LV4后联通在一起；可以独立开关贮箱上游的每台自锁阀，控制高压气路模块向任意一台贮箱充气；可以独立开关贮箱下游的每台自锁阀，控制任意一台贮箱排出推进剂；4台贮箱上游气体入口处各设置一台压力传感器PT1～PT4，用于监测贮箱内的压力。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明考虑了航天器并联贮箱推进系统在进行混合比控制前，两台并联贮箱之间压力不平衡的实际在轨工况，给出了混合比控制前两台并联贮箱之间平衡压力的计算流程，适用于并联贮箱推进系统在轨压力不平衡的状态，实现推进剂在轨的高效利用；
(2)本发明通过混合比控制计算，可简便地确定混合比控制前的系统混合比，可便捷评估混合比控制前后系统状态的变化以及解调节过程对系统的影响；
(3)本发明并联贮箱平衡压力计算，具有通用性，对于不同推进剂类型的贮箱均适用；
(4)本发明气体压力求解计算，考虑了在调节过程中气体压缩因子变化的实际情况，提高了调节的准确性；
(5)本发明的主流程和子流程是全参数化的、引入了迭代循环、判读分支等计算方式，便于编制计算程序，进而降低确定控制参数的时间。
附图说明
图1为本发明航天器并联贮箱化学推进系统原理图；
图2为本发明主流程图；
图3为本发明并联贮箱平衡压力计算流程图；
图4为本发明混合比控制计算流程图；
图5为本发明气体压力求解流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，航天器并联贮箱化学推进系统一般包含4台贮箱，其中2台氧箱和2台燃箱，分别为氧箱a MON-a、氧箱b MON-b、燃箱a MMH-a、燃箱b MMH-b。2台氧箱之间并联排出氧化剂，即氧箱a MON-a和氧箱b MON-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV5和LV7后联通在一起，并通向发动机Eng的氧化剂入口，以向发动机Eng提供氧化剂。氧箱aMON-a和氧箱b MON-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV1和LV3后联通在一起。
2台燃箱之间并联排出燃烧剂，即燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV6和LV8后联通在一起，并通向发动机Eng的燃烧剂入口，以向发动机Eng提供燃烧剂。燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV2和LV4后联通在一起。可以独立开关贮箱上游的每台自锁阀，控制高压气路模块向任意一台贮箱充气。可以独立开关贮箱下游的每台自锁阀，控制任意一台贮箱排出推进剂。4台贮箱上游气体入口处各设置一台压力传感器PT1～PT4，用于监测贮箱内的压力。
针对并联贮箱推进系统的混合比偏差，最有效的措施就是在轨时进行混合比的控制。进行控制的基本思路是对氧化剂贮箱和燃烧剂贮箱的压力、也即贮箱排出推进剂的“推动力”分别进行调整，实现贮箱排出推进剂流率以及系统混合比的控制。具体方案如下：
一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，如图2所示，具体步骤为：
Main_part_1，进行控制前状态参数设定，步骤如下：
(a)设定工质参数，包括：并联贮箱推进系统使用的气体的摩尔质量M、气体常数R、气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2；氧化剂和燃烧剂的基准密度ρ_o_0/ρ_f_0、密度系数a_o/a_f。工质参数属于气体、氧化剂、燃烧剂的固有物理属性参数，可根据使用的气体、氧化剂、燃烧剂类别查询技术标准确定。
(b)设定发动机参数，包括：额定氧化剂流量q_o、额定燃烧剂流量q_f、氧化剂额定密度ρ_o_e、燃烧剂额定密度ρ_f_e、氧入口额定压力P_o_e、燃入口额定压力P_f_e、氧流量小偏差方程的4个系数a_o_1/a_o_2/a_o_3/a_o_4、燃流量小偏差方程的4个系数a_f_1/a_f_2/a_f_3/a_f_4。发动机参数属于发动机的固有参数，可根据发动机的地面试验数据确定。
(c)设定氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f。氧箱至发动机氧入口压降、燃箱至发动机燃入口压降可根据推进系统在地面的水力学试验或者热试车试验确定。
(d)设定贮箱参数，包括：氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b、燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b。贮箱参数可在地面实测获得。
(e)设定求解精度参数，包括：压力循环步长P_step、体积循环步长V_step、气体密度残差收敛标准δ_ρ_min、气体压力残差收敛标准δ_P_min。求解精度参数可根据所需的计算时长、计算精度设定。例如循环总次数可以选择为30万次、压力循环步长选择为0.00001MPa、体积循环步长选择为0.001L、残差收敛标准选择为0.001％。
(f)定义控制前为状态1，设定状态1下贮箱状态参数，包括氧箱a压力P_o_a_1、氧箱b压力P_o_b_1、燃箱a压力P_f_a_1、燃箱b压力P_f_b_1，氧箱a温度T_o_a_1、氧箱b温度T_o_b_1、燃箱a温度T_f_a_1、燃箱b温度T_f_b_1，氧箱a推进剂质量m_o_a_1、氧箱b推进剂质量m_o_b_1、燃箱a推进剂质量m_f_a_1、燃箱b推进剂质量m_f_b_1。状态1下贮箱状态参数可以根据航天器在轨遥测量获得。
Main_part_2，进行并联氧箱平衡压力计算，步骤如下：
(a)设定“并联贮箱平衡压力计算流程”所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为氧化剂对应的编号1及进行贮箱参数转换赋值，将氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下氧箱a和氧箱b的推进剂质量m_o_a_1/m_o_b_、温度T_o_a_1/T_o_b_1、压力P_o_a_1/P_o_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1。
(b)根据“并联贮箱平衡压力计算流程”计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal。
(c)在自锁阀LV1和LV3关闭状态下，开LV5和LV7，直至氧箱a和氧箱b压力平衡。
(d)设定混合比控制前氧箱压力P_o为平衡后压力P_bal、混合比控制前氧箱温度T_g_o为平衡后温度T_bal。
Main_part_3，进行并联燃箱平衡压力计算，步骤如下：
(a)设定“并联贮箱平衡压力计算流程”所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为燃烧剂对应的编号2及进行贮箱参数转换赋值，将燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下燃箱a和燃箱b的推进剂质量m_f_a_1/m_f_b_、温度T_f_a_1/T_f_b_1、压力P_f_a_1/P_f_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1。
(b)根据“并联贮箱平衡压力计算流程”计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal。
(c)在自锁阀LV2和LV4关闭状态下，开LV6和LV8，直至燃箱a和燃箱b压力平衡。
(d)设定混合比控制前燃箱压力P_f为平衡后压力P_bal、混合比控制前燃箱温度T_g_f为平衡后温度T_bal。
Main_part_4，进行混合比控制，步骤如下：
(a)设定混合比控制目标γ*。
(b)根据“混合比控制计算流程”确定需充气的贮箱标志D_mix_buqi和充气压力P_mix_buqi。
(c)根据需充气的贮箱标志D_mix_buqi的不同，选择不同的操作步骤。若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝1指向氧箱，则执行步骤(d-1)；若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝2指向燃箱，则执行步骤(d-2)；若需充气的贮箱标志指向其他，则直接跳向步骤(e)。
(d-1)开氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3将氧箱a和氧箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3，即完成混合比控制。
(d-2)开燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4将燃箱a和燃箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4，即完成混合比控制。
(e)结束。
进一步地，如图3所示，需要调用的子流程“并联贮箱平衡压力计算流程”步骤如下：
(a)根据状态1下贮箱a温度T_a_1和状态1下贮箱b温度T_b_1，计算推进剂温度T_l＝0.5*(T_a_1+T_b_1)。
(b)根据推进剂类型编号N_p的不同，选择不同的操作步骤。若推进剂类型编号N_p＝1指向氧化剂，则执行步骤(c-1)；若推进剂类型编号N_p＝2指向燃烧剂，则执行步骤(c-2)。
(c-1)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、推进剂温度T_l和氧化剂密度系数a_o计算推进剂密度ρ_l＝ρ_o_0+a_o*T_l。
(c-2)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、推进剂温度T_l和燃烧剂密度系数a_f计算推进剂密度。
(d)根据状态1下贮箱a推进剂质量m_a_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱a推进剂体积V_l_a_1＝m_a_1/ρ_l，根据状态1下贮箱b推进剂质量m_b_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱b推进剂体积V_l_b_1＝m_b_1/ρ_l。
(e)根据贮箱a容积V_a和贮箱a推进剂体积V_l_a_1计算状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1＝V_a-V_l_a_1，根据贮箱b容积V_b和贮箱b推进剂体积V_l_b_1计算状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1＝V_b-V_l_b_1。
(f)根据状态1下贮箱a压力P_a_1与状态1下贮箱b压力P_b_1间大小不同，选择不同的操作步骤。若P_a_1>P_b_1，则执行步骤(g-1)；若P_a_1<P_b_1，则执行步骤(g-2)；若P_a_1＝P_b_1，则执行步骤(g-3)。
(g-1)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为1、贮箱b气体体积变化标志D_b为-1。
(g-2)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为-1、贮箱b气体体积变化标志为D_b1。
(g-3)令两箱压力平衡时压力P_bal为状态1下贮箱a压力P_a_1，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l。转向步骤(r)。
(h)设定体积循环序号i为初始值1。
(i)根据状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1、体积循环序号i、贮箱a气体体积变化标志D_a、体积循环步长V_step，计算贮箱a气体新体积V_g_a_ceshi＝V_g_a_1+i*D_a*V_step。
(j)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱a压力P_a_1，压力变化标志D_P为-1，气体温度T为状态1下贮箱a温度T_a_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱a气体质量m_g_a_1与贮箱a气体新体积的比值V_g_a_ceshi。
(k)调用“气体压力求解流程”计算贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi＝P_ceshi。
(l)根据状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1、体积循环序号i、贮箱b气体体积变化标志D_b、体积循环步长V_step，计算贮箱b气体新体积V_g_b_ceshi＝V_g_b_1+i*D_b*V_step。
(m)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱b压力P_b_1，压力变化标志D_P为1，气体温度T为状态1下贮箱b温度T_b_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱b气体质量m_g_b_1与贮箱b气体新体积的比值V_g_b_ceshi。
(n)调用“气体压力求解流程”计算贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi＝P_ceshi。
(o)根据贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi和贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi，计算压力残差δ_P＝|P_a_ceshi-P_b_ceshi|/P_a_ceshi。
(p)根据压力残差δ_P与气体压力残差收敛标准δ_P_min之间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_P≥δ_P_min，则执行步骤(q-1)；若δ_P<δ_P_min，则执行步骤(q-2)。
(q-1)令体积循环序号i加1，重回执行步骤(i)。
(q-2)设定两箱压力平衡时压力P_bal为贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l。
(r)结束。
进一步地，如图4所示，需要调用的子流程“混合比控制计算流程”包含两部分。
Sub_part_mix_1，进行初始混合比计算，步骤如下：
(a)设定氧箱总容积V_o_t为氧箱a容积V_o_a与氧箱b容积V_t_b之和，氧化剂质量为状态1下氧箱a推进剂质量m_o_a_1与状态1下氧箱b推进剂质量m_o_b_1之和，混合比控制前氧化剂温度T_o为混合比控制前氧箱温度T_g_o。
(b)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、氧化剂密度系数a_o、混合比控制前氧化剂温度T_o，计算氧化剂密度ρ_o＝ρ_o_0+a_o*T_o。
(c)根据混合比控制前氧箱压力P_o、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o-ΔP_o。
(d)设定燃箱总容积V_f_t为燃箱a容积V_f_a与燃箱b容积V_t_b之和，燃烧剂质量m_f为状态1下燃箱a推进剂质量m_f_a_1与状态1下燃箱b推进剂质量m_f_b_1之和，混合比控制前燃烧剂温度T_f为混合比控制前燃箱温度T_g_f。
(e)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、燃烧剂密度系数a_f、混合比控制前燃烧剂温度T_f，计算燃烧剂密度ρ_f＝ρ_f_0+a_f*T_f。
(f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f-ΔP_f。
(g)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(h)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(i)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算控制前发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)。
Sub_part_mix_2，进行补气贮箱标志及补气压力计算，步骤如下：
(a)根据控制前发动机混合比γ_0与混合比控制目标γ*间大小不同，选择不同的操作步骤。若γ_0<γ*，则转向步骤(b_o)；若γ_0>γ*，则转向步骤(b_f)；若γ_0＝γ*，则转向步骤(b)。
(b)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为0，混合比控制需充气压力P_mix_buqi为混合比控制前氧箱压力P_o，转向步骤(l)。
(b_o)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为1。
(c_o)设定压力循环序号i为起始值1。
(d_o)根据混合比控制前氧箱压力P_o、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算氧箱新压力P_o_ceshi＝P_o+i*P_step。
(e_o)根据氧箱新压力P_o_ceshi、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o_ceshi-ΔP_o。
(f_o)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(g_o)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(h_o)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)。
(i_o)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*。
(j_o)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_o_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_o_n)。
(k_o_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为氧箱新压力P_o_ceshi，转向步骤(l)。
(k_o_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_o)。
(b_f)设定混合比控制需充气的贮箱标志P_mix_buqi为2。
(c_f)设定压力循环序号i为起始值1。
(d_f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算燃箱新压力P_f_ceshi＝P_f+i*P_step。
(e_f)根据燃箱新压力P_f_ceshi、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f_ceshi-ΔP_f。
(f_f)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(g_f)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)。
(h_f)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)。
(i_f)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*。
(j_f)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_f_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_f_n)。
(k_f_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为燃箱新压力P_f_ceshi，转向步骤(l)。
(k_f_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_f)。
(l)输出混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi、混合比控制需充气压力P_mix_buqi。
(m)结束。
进一步地，如图5所示，子流程“并联贮箱平衡压力计算流程”需要调用的子流程“气体压力求解流程”包含以下步骤：
(a)设定压力循环序号i为初始值1。
(b)根据压力变化起始值P_0、压力循环序号i、压力变化标志D_P、压力循环步长P_step，计算气体新压力P_ceshi＝P_0+i*D_P*P_step。
(c)根据根据气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2、气体新压力P_ceshi、气体温度T，计算气体新压缩因子Z_ceshi＝1+a_Z_1*P_ceshi*T^a_Z_2。
(d)根据气体新压力P_ceshi、气体摩尔质量M、气体新压缩因子Z_ceshi、气体温度T、气体常数R，计算气体新密度ρ_g_ceshi＝P_ceshi*M/(Z_ceshi*T*R)。
(e)根据气体新密度ρ_g_ceshi、气体收敛密度ρ_g_0，计算气体密度残差δ_ρ＝|ρ_g_ceshi-ρ_g_0|/ρ_g_0。
(f)根据气体密度残差δ_ρ与气体密度残差收敛标准δ_ρ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_ρ<δ_ρ_min，执行步骤(g_y)；若δ_ρ≥δ_ρ_min，执行步骤(g_n)。
(g_y)输出气体新压力P_ceshi。
(g_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(b)。
(h)结束。
本发明考虑了航天器并联贮箱推进系统在进行混合比控制前，两台并联贮箱之间压力不平衡的实际在轨工况，给出了混合比控制前两台并联贮箱之间平衡压力的计算流程，适用于并联贮箱推进系统在轨压力不平衡的状态，实现推进剂在轨的高效利用；本发明的主流程和子流程是全参数化的、引入了迭代循环、判读分支等计算方式，便于编制计算程序，进而降低确定控制参数的时间。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)进行控制前状态参数设定：
(a)设定工质参数，包括：并联贮箱推进系统使用的气体的摩尔质量M、气体常数R、气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2；氧化剂和燃烧剂的基准密度ρ_o_0/ρ_f_0、密度系数a_o/a_f；
(b)设定发动机参数，包括：额定氧化剂流量q_o、额定燃烧剂流量q_f、氧化剂额定密度ρ_o_e、燃烧剂额定密度ρ_f_e、氧入口额定压力P_o_e、燃入口额定压力P_f_e、氧流量小偏差方程的4个系数a_o_1/a_o_2/a_o_3/a_o_4、燃流量小偏差方程的4个系数a_f_1/a_f_2/a_f_3/a_f_4；
(c)设定氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f；
(d)设定贮箱参数，包括：氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b、燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b；
(e)设定求解精度参数，包括：压力循环步长P_step、体积循环步长V_step、气体密度残差收敛标准δ_ρ_min、气体压力残差收敛标准δ_P_min；
(f)定义控制前为状态1，设定状态1下贮箱状态参数，包括氧箱a压力P_o_a_1、氧箱b压力P_o_b_1、燃箱a压力P_f_a_1、燃箱b压力P_f_b_1，氧箱a温度T_o_a_1、氧箱b温度T_o_b_1、燃箱a温度T_f_a_1、燃箱b温度T_f_b_1，氧箱a推进剂质量m_o_a_1、氧箱b推进剂质量m_o_b_1、燃箱a推进剂质量m_f_a_1、燃箱b推进剂质量m_f_b_1；
(2)进行并联氧箱平衡压力计算：
(a)设定并联贮箱平衡压力计算所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为氧化剂对应的编号1及进行贮箱参数转换赋值，将氧箱a容积V_o_a、氧箱b容积V_o_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下氧箱a和氧箱b的推进剂质量m_o_a_1/m_o_b_、温度T_o_a_1/T_o_b_1、压力P_o_a_1/P_o_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1；
(b)根据并联贮箱平衡压力计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal；
(c)在自锁阀LV1和LV3关闭状态下，开LV5和LV7，直至氧箱a和氧箱b压力平衡；
(d)设定混合比控制前氧箱压力P_o为平衡后压力P_bal、混合比控制前氧箱温度T_g_o为平衡后温度T_bal；
(3)进行并联燃箱平衡压力计算：
(a)设定并联贮箱平衡压力计算所需输入参数的数值，包括设定推进剂类型编号N_p为燃烧剂对应的编号2及进行贮箱参数转换赋值，将燃箱a容积V_f_a、燃箱b容积V_f_b分别转换赋值给贮箱a容积V_a和贮箱b容积V_b，将状态1下燃箱a和燃箱b的推进剂质量m_f_a_1/m_f_b_、温度T_f_a_1/T_f_b_1、压力P_f_a_1/P_f_b_1分别转换赋值给贮箱a和贮箱b的推进剂质量m_a_1/m_b_1、温度T_a_1/T_b_1、压力P_a_1/P_b_1；
(b)根据并联贮箱平衡压力计算确定平衡后贮箱的压力P_bal和温度T_bal；
(c)在自锁阀LV2和LV4关闭状态下，开LV6和LV8，直至燃箱a和燃箱b压力平衡；
(d)设定混合比控制前燃箱压力P_f为平衡后压力P_bal、混合比控制前燃箱温度T_g_f为平衡后温度T_bal；
(4)进行混合比控制：
(a)设定混合比控制目标γ*；
(b)根据混合比控制计算确定需充气的贮箱标志D_mix_buqi和充气压力P_mix_buqi；
(c)根据需充气的贮箱标志D_mix_buqi的不同，选择不同的操作步骤，若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝1指向氧箱，则执行步骤(d-1)；若需充气的贮箱标志D_mix_buqi＝2指向燃箱，则执行步骤(d-2)；若需充气的贮箱标志指向其他，则直接跳向步骤(e)；
(d-1)开氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3将氧箱a和氧箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭氧箱a和氧箱b上游的两个自锁阀LV1和LV3，即完成混合比控制；
(d-2)开燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4将燃箱a和燃箱b补气，直至压力至充气压力P_mix_buqi，之后关闭燃箱a和燃箱b上游的两个自锁阀LV2和LV4，即完成混合比控制；
(e)结束。
2.如权利要求1所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，并联贮箱平衡压力计算方法为：
(a)根据状态1下贮箱a温度T_a_1和状态1下贮箱b温度T_b_1，计算推进剂温度T_l＝0.5*(T_a_1+T_b_1)；
(b)根据推进剂类型编号N_p的不同，选择不同的操作步骤，若推进剂类型编号N_p＝1指向氧化剂，则执行步骤(c-1)；若推进剂类型编号N_p＝2指向燃烧剂，则执行步骤(c-2)；
(c-1)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、推进剂温度T_l和氧化剂密度系数a_o计算推进剂密度ρ_l＝ρ_o_0+a_o*T_l；
(c-2)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、推进剂温度T_l和燃烧剂密度系数a_f计算推进剂密度；
(d)根据状态1下贮箱a推进剂质量m_a_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱a推进剂体积V_l_a_1＝m_a_1/ρ_l，根据状态1下贮箱b推进剂质量m_b_1和推进剂密度ρ_l计算状态1下贮箱b推进剂体积V_l_b_1＝m_b_1/ρ_l；
(e)根据贮箱a容积V_a和贮箱a推进剂体积V_l_a_1计算状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1＝V_a-V_l_a_1，根据贮箱b容积V_b和贮箱b推进剂体积V_l_b_1计算状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1＝V_b-V_l_b_1；
(f)根据状态1下贮箱a压力P_a_1与状态1下贮箱b压力P_b_1间大小不同，选择不同的操作步骤。若P_a_1>P_b_1，则执行步骤(g-1)；若P_a_1<P_b_1，则执行步骤(g-2)；若P_a_1＝P_b_1，则执行步骤(g-3)；
(g-1)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为1、贮箱b气体体积变化标志D_b为-1；
(g-2)设定贮箱a气体体积变化标志D_a为-1、贮箱b气体体积变化标志为D_b1；
(g-3)令两箱压力平衡时压力P_bal为状态1下贮箱a压力P_a_1，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l。转向步骤(r)；
(h)设定体积循环序号i为初始值1；
(i)根据状态1下贮箱a气体体积V_g_a_1、体积循环序号i、贮箱a气体体积变化标志D_a、体积循环步长V_step，计算贮箱a气体新体积V_g_a_ceshi＝V_g_a_1+i*D_a*V_step；
(j)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱a压力P_a_1，压力变化标志D_P为-1，气体温度T为状态1下贮箱a温度T_a_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱a气体质量m_g_a_1与贮箱a气体新体积的比值V_g_a_ceshi；
(k)通过气体压力求解计算贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi＝P_ceshi；
(l)根据状态1下贮箱b气体体积V_g_b_1、体积循环序号i、贮箱b气体体积变化标志D_b、体积循环步长V_step，计算贮箱b气体新体积V_g_b_ceshi＝V_g_b_1+i*D_b*V_step；
(m)设定压力变化起始值P_0为状态1下贮箱b压力P_b_1，压力变化标志D_P为1，气体温度T为状态1下贮箱b温度T_b_1，气体收敛密度ρ_g_0为状态1下贮箱b气体质量m_g_b_1与贮箱b气体新体积的比值V_g_b_ceshi；
(n)通过气体压力求解计算贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi＝P_ceshi；
(o)根据贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi和贮箱b新体积下的压力P_b_ceshi，计算压力残差δ_P＝|P_a_ceshi-P_b_ceshi|/P_a_ceshi；
(p)根据压力残差δ_P与气体压力残差收敛标准δ_P_min之间大小不同，选择不同的操作步骤，若δ_P≥δ_P_min，则执行步骤(q-1)；若δ_P<δ_P_min，则执行步骤(q-2)；
(q-1)令体积循环序号i加1，重回执行步骤(i)；
(q-2)设定两箱压力平衡时压力P_bal为贮箱a新体积下的压力P_a_ceshi，两箱压力平衡时温度T_bal为推进剂温度T_l；
(r)结束。
3.如权利要求2所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，混合比控制计算包括初始混合比计算、补气贮箱标志及补气压力计算。
4.如权利要求3所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，初始混合比计算方法为：
(a)设定氧箱总容积V_o_t为氧箱a容积V_o_a与氧箱b容积V_t_b之和，氧化剂质量为状态1下氧箱a推进剂质量m_o_a_1与状态1下氧箱b推进剂质量m_o_b_1之和，混合比控制前氧化剂温度T_o为混合比控制前氧箱温度T_g_o；
(b)根据氧化剂基准密度ρ_o_0、氧化剂密度系数a_o、混合比控制前氧化剂温度T_o，计算氧化剂密度ρ_o＝ρ_o_0+a_o*T_o；
(c)根据混合比控制前氧箱压力P_o、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o-ΔP_o；
(d)设定燃箱总容积V_f_t为燃箱a容积V_f_a与燃箱b容积V_t_b之和，燃烧剂质量m_f为状态1下燃箱a推进剂质量m_f_a_1与状态1下燃箱b推进剂质量m_f_b_1之和，混合比控制前燃烧剂温度T_f为混合比控制前燃箱温度T_g_f；
(e)根据燃烧剂基准密度ρ_f_0、燃烧剂密度系数a_f、混合比控制前燃烧剂温度T_f，计算燃烧剂密度ρ_f＝ρ_f_0+a_f*T_f；
(f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f-ΔP_f；
(g)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e )+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(i)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算控制前发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)。
5.如权利要求3所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，补气贮箱标志及补气压力计算方法为：
(a)根据控制前发动机混合比γ_0与混合比控制目标γ*间大小不同，选择不同的操作步骤，若γ_0<γ*，则转向步骤(b_o)；若γ_0>γ*，则转向步骤(b_f)；若γ_0＝γ*，则转向步骤(b)；
(b)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为0，混合比控制需充气压力P_mix_buqi为混合比控制前氧箱压力P_o，转向步骤(l)；
(b_o)设定混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi为1；
(c_o)设定压力循环序号i为起始值1；
(d_o)根据混合比控制前氧箱压力P_o、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算氧箱新压力P_o_ceshi＝P_o+i*P_step；
(e_o)根据氧箱新压力P_o_ceshi、氧箱至发动机氧入口压降ΔP_o，计算发动机氧入口压力P_ei_o＝P_o_ceshi-ΔP_o；
(f_o)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(g_o)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h_o)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)；
(i_o)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*；
(j_o)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_o_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_o_n)；
(k_o_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为氧箱新压力P_o_ceshi，转向步骤(l)；
(k_o_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_o)；
(b_f)设定混合比控制需充气的贮箱标志P_mix_buqi为2；
(c_f)设定压力循环序号i为起始值1；
(d_f)根据混合比控制前燃箱压力P_f、压力循环序号i、压力循环步长P_step，计算燃箱新压力P_f_ceshi＝P_f+i*P_step；
(e_f)根据燃箱新压力P_f_ceshi、燃箱至发动机燃入口压降ΔP_f，计算发动机燃入口压力P_ei_f＝P_f_ceshi-ΔP_f；
(f_f)根据氧流量小偏差方程系数1a_o_1、氧流量小偏差方程系数2a_o_2、氧流量小偏差方程系数3a_o_3、氧流量小偏差方程系数4a_o_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算氧化剂流量偏差Δq_o＝a_o_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_o_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_o_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_o_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(g_f)根据燃流量小偏差方程系数1a_f_1、燃流量小偏差方程系数2a_f_2、燃流量小偏差方程系数3a_f_3、燃流量小偏差方程系数4a_f_4、发动机氧入口额定压力P_o_e、发动机燃入口额定压力P_f_e、发动机氧化剂额定密度ρ_o_e、发动机燃烧剂额定密度ρ_f_e、发动机氧入口压力P_ei_o、发动机燃入口压力P_ei_f、氧化剂密度ρ_o、燃烧剂密度ρ_f，计算燃烧剂流量偏差Δq_f＝a_f_1*(P_ei_o-P_o_e)+a_f_2*(ρ_o-ρ_o_e)+a_f_3*(P_ei_f-P_f_e)+a_f_4*(ρ_f-ρ_f_e)；
(h_f)根据发动机额定燃烧剂流量q_f、发动机额定氧化剂流量q_o、燃烧剂流量偏差Δq_f、氧化剂流量偏差Δq_o，计算发动机混合比γ_0＝(q_o+Δq_o)/(q_f+Δq_f)；
(i_f)根据发动机混合比γ_0、混合比控制目标γ*，计算混合比残差δ_γ＝|γ_0-γ*|/γ*；
(j_f)根据混合比残差比δ_γ与混合比残差收敛标准δ_γ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_γ<δ_γ_min，则执行步骤(k_f_y)；若δ_γ≥δ_γ_min，则执行步骤(k_f_n)；
(k_f_y)设定混合比控制需充气压力P_mix_buqi为燃箱新压力P_f_ceshi，转向步骤(l)；
(k_f_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(d_f)；
(l)输出混合比控制需充气的贮箱标志D_mix_buqi、混合比控制需充气压力P_mix_buqi；
(m)结束。
6.如权利要求2所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，气体压力求解方法为：
(a)设定压力循环序号i为初始值1；
(b)根据压力变化起始值P_0、压力循环序号i、压力变化标志D_P、压力循环步长P_step，计算气体新压力P_ceshi＝P_0+i*D_P*P_step。
(c)根据根据气体压缩因子系数a_Z_1、气体压缩因子指数a_Z_2、气体新压力P_ceshi、气体温度T，计算气体新压缩因子Z_ceshi＝1+a_Z_1*P_ceshi*T^a_Z_2；
(d)根据气体新压力P_ceshi、气体摩尔质量M、气体新压缩因子Z_ceshi、气体温度T、气体常数R，计算气体新密度ρ_g_ceshi＝P_ceshi*M/(Z_ceshi*T*R)；
(e)根据气体新密度ρ_g_ceshi、气体收敛密度ρ_g_0，计算气体密度残差δ_ρ＝|ρ_g_ceshi-ρ_g_0|/ρ_g_0；
(f)根据气体密度残差δ_ρ与气体密度残差收敛标准δ_ρ_min间大小不同，选择不同的操作步骤。若δ_ρ<δ_ρ_min，执行步骤(g_y)；若δ_ρ≥δ_ρ_min，执行步骤(g_n)；
(g_y)输出气体新压力P_ceshi；
(g_n)令压力循环序号i加1，转向步骤(b)；
(h)结束。
7.如权利要求1所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，并联贮箱推进系统包含4台贮箱，其中2台氧箱和2台燃箱，分别为氧箱a MON-a、氧箱b MON-b、燃箱a MMH-a、燃箱b MMH-b。2台氧箱之间并联排出氧化剂，即氧箱a MON-a和氧箱b MON-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV5和LV7后联通在一起，并通向发动机Eng 的氧化剂入口，以向发动机Eng提供氧化剂。
8.如权利要求7所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，氧箱a MON-a和氧箱b MON-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV1和LV3后联通在一起。
9.如权利要求8所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，2台燃箱之间并联排出燃烧剂，即燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b下游推进剂出口分别设置贮箱下游自锁阀LV6和LV8后联通在一起，并通向发动机Eng的燃烧剂入口，以向发动机Eng提供燃烧剂。
10.如权利要求9所述的一种考虑并联贮箱压力差异的推进系统混合比控制方法，其特征在于，燃箱a MMH-a和燃箱b MMH-b上游气体入口分别设置贮箱上游自锁阀LV2和LV4后联通在一起；可以独立开关贮箱上游的每台自锁阀，控制高压气路模块向任意一台贮箱充气；可以独立开关贮箱下游的每台自锁阀，控制任意一台贮箱排出推进剂；4台贮箱上游气体入口处各设置一台压力传感器PT1～PT4，用于监测贮箱内的压力。
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