CN110907010A - 基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法，包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

Description

基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及航空航天贮箱内推进剂体积的非接触式测量技术领域，特别地，涉及一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法。

背景技术

贮箱推进剂剩余量测量在航空航天领域具有重要的应用前景。在航空领域，飞机燃油油量测量系统性、可靠性、精确度、灵敏度、维护性对整体飞机性能而言有着举足轻重的作用，燃油量测量精度的提高意味着飞行经济效益的提高。例如，对于带100吨燃油的商用运输机而言，燃油量测量精度每提高1％，就能多带大约10位旅客和他们的行李。在航空业更加追求低成本和高效率的今天，燃油测量精度的每一点提高都是弥足可贵的。在航天领域，航天器液体推进剂量的多少直接关系到航天器的寿命和对航天器任务的安排，因此在航天执行任务期间，尽可能精确地估算出贮箱内推进剂量。此外，对于目前兴起的空间液体推进剂补给技术，液体推进剂量测量作为在轨加注检测技术研究的重要内容，决定了在轨加注的时机和需要加注的推进剂量；推进剂量的在轨检测结果，直接影响提供加注服务的航天器的选择和发射系统的反应时间。特别是针对“多对多”场景的在轨加注任务，即多个服务航天器对多个目标航天器实施在轨加注，推进剂量的精确检测结果可以作为在轨加注路径优化的输入量，为优化在轨加注路径提供可靠的参考。

传统测量方法中，PVT法、压力激励法以及体积激励法等三种方法均是测量气体体积。PVT法结构简单，费用低，但测量精度低，已远远不能满足航天任务对在轨航天器液体推进剂测量的高精度要求。压力激励法需要外部注入气体，结构较为复杂。体积激励法对测量压力变化的传感器的精确要求非常高。

为获得更准确的测量结果，相关学者提出了利用声腔共振的方法进行体积测量，现有的声腔共振测量体积的装置需要声源装置产生声波，通过设置不同的声波频率通过待测腔体，然后通过声波换能器对信号进行接收，经过一系列的方法获得共振频率。在航天推进系统中，贮箱采用金属加工，贮箱上开有必备的管路结构与外界进行推进剂传输。若利用现有的声腔共振测量体积的装置需要在贮箱上端开设一个用于与高压气体接触的孔，鉴于航天推进系统的安全性等因素，要求测量测量尽可能不额外添加设备以及开孔，导致现有的声腔共振测量体积的装置很难应用于航天推进系统中贮箱内推进剂剩余量测量。

发明内容

本发明提供了一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法，以解决现有的声腔共振测量体积的装置很难应用于航天推进系统中贮箱内推进剂剩余量测量的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

进一步地，信号采集系统包括粘附于贮箱外壁面上的用于采集贮箱内共振信号的声波换能器以及用于将声波换能器采集的共振信号转换为数字信号的数据采集模块，数据采集模块分别与声波换能器和信号处理系统连接，从而将共振信号转换为数字信号并传输至共振信号处理系统进行分析和处理。

进一步地，贮箱包括箱体以及设于箱体上的开口管，声波换能器粘附于开口管或箱体顶部的外壁面上。

进一步地，推进剂管路系统包括与贮箱的入口密封连接的推进剂管路，激励系统包括与推进剂管路连通的用于向推进剂管路系统内输送气流的供气机构以及沿气流输送方向安装于推进剂管路上的第一控制阀门和第二控制阀门，第一控制阀门和第二控制阀门分别位于贮箱入口两侧，通过第一控制阀门调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速，通过第二控制阀门调节气流输出流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，包括以下步骤：通过与推进剂管路系统连通的供气机构向推进剂管路系统中输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振；通过粘附于贮箱的外壁面上的声波换能器采集贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号并将共振信号传输至数据采集模块；通过数据采集模块将气腔的共振信号转换成数字信号并将数字信号传输至信号处理系统；通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振的共振频率；通过信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

进一步地，通过供气机构向推进剂管路系统中输送气流，包括以下步骤：推进剂管路系统中安装有用于调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速的第一控制阀门以及用于调节气流输出流速的第二控制阀门，通过第一控制阀门和第二控制阀门调节气流经过贮箱入口处的流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。

进一步地，还包括以下步骤：根据Helmholtz共振原理，初步确定共振频率、贮箱的结构特性以及贮箱内推进剂剩余量三者之间的关系为：

其中，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_gas为贮箱内气腔的体积V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，长度修正系数δ＝(8/3π)(C₁/π)^1/2。

进一步地，通过信号处理系统获得贮箱内气腔流激共振的共振频率，包括以下步骤：根据数字信号的采样频率范围，获得数字信号的初始频谱特征；根据贮箱的最大气腔体积和公式

初步确定贮箱内气腔流激共振的共振频率范围；根据初步确定的共振频率范围，将数字信号的初始频谱特征进行局部放大，获得数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征；根据数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征，获得贮箱内气腔流激共振的共振频率。

进一步地，还包括以下步骤：通过地面实验获得贮箱在多种推进剂剩余量体积下对应的气腔流激共振的共振频率；将多种气腔流激共振的共振频率代入关系式

中分别预测得到对应的推进剂剩余量体积的预测值；通过将贮箱内气腔流激共振的多种共振频率下对应的推进剂剩余量体积的预测值与贮箱内推进剂剩余量体积的实验值进行比对，并观察贮箱内气腔流激共振的共振频率处于不同频率范围时推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大小。

进一步地，信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性获得贮箱内推进剂剩余量，包括以下步骤：当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差小的频率范围时，信号处理系统根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，而当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大的频率范围时，信号处理系统将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，其中，

δ_i＝(8/3π)(C₁/π)^1/2，δ_i为长度补偿系数，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，n为规则贮箱的进口管的横截面积与箱体内腔的横截面积比值；或者当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于任意频率范围内时，信号处理系统均将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量。

本发明具有以下有益效果：

本发明的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，利用贮箱入口所连通的推进剂管路系统，通过激励系统向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，进而通过共振信号采集系统采集贮箱内气腔流激共振时的共振信号并将共振信号转换为数字信号，最后通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率，并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量，因此，整个测量过程无需添加声源装置，也无需在贮箱上开孔，整个测量过程不会对航天推进系统的安全性造成影响。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法中推进剂剩余量体积预测值的变化曲线与实验值的比对图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法的流程示意图；图2是本发明优选实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法中推进剂剩余量体积预测值的变化曲线与实验值的比对图。

本实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。本发明的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，通过利用贮箱入口所连通的推进剂管路系统，通过激励系统向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，进而通过共振信号采集系统采集贮箱内气腔流激共振时的共振信号并将共振信号转换为数字信号，最后通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率，并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量，因此，整个测量过程无需添加声源装置，也无需在贮箱上开孔，整个测量过程不会对航天推进系统的安全性造成影响。

信号采集系统包括粘附于贮箱外壁面上的用于采集贮箱内共振信号的声波换能器以及用于将声波换能器采集的共振信号转换为数字信号的数据采集模块，数据采集模块分别与声波换能器和信号处理系统连接，从而将共振信号转换为数字信号并传输至共振信号处理系统进行分析和处理。声波换能器距离贮箱入口越近，贮箱内气腔流激共振时，声波换能器采集的共振信号的幅度越强，有利于数据采集模块将共振信号转换为数字信号。在本实施例中，贮箱包括箱体以及设于箱体上的开口管，声波换能器粘附于开口管或箱体顶部的外壁面上。

推进剂管路系统包括沿贮箱的径向布设并与贮箱的入口密封连接的推进剂管路，激励系统包括与推进剂管路连通的用于向推进剂管路系统内输送气流的供气机构以及沿气流输送方向安装于推进剂管路上的第一控制阀门和第二控制阀门，第一控制阀门和第二控制阀门分别位于贮箱入口两侧，通过第一控制阀门调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速，通过第二控制阀门调节气流输出流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。可选地，将第二控制阀门打开并保持开度不变，通过将第一控制阀门的开度逐渐增大，从而使气流经过贮箱入口处的流速逐渐增大，同时通过声波换能器采集贮箱内气腔的声波振动信号，当声波换能器采集的声波振动信号为共振信号时，则说明贮箱内气腔产生了流激共振，便保持第一控制阀门的开度不变，使气流的流速稳定不变。推进剂管路还与航天推进系统中的其他设备连通，且航天推进系统中的其他设备位于输送气流的下游方向。

如图1所示，本实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，包括以下步骤：通过与推进剂管路系统连通的供气机构向推进剂管路系统中输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振；通过粘附于贮箱的外壁面上的声波换能器采集贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号并将共振信号传输至数据采集模块；通过数据采集模块将气腔的共振信号转换成数字信号并将数字信号传输至信号处理系统；通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振的共振频率；通过信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。本发明的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，通过利用贮箱入口所连通的推进剂管路系统，通过供气机构向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，进而通过粘附于贮箱外壁面上的声波换能器采集贮箱内气腔流激共振时的共振信号并通过数据采集模块将共振信号转换为数字信号，最后通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率，并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量，整个测量过程无需添加声源装置，也无需在贮箱上开孔，整个测量过程不会对航天推进系统的安全性造成影响。

通过供气机构向推进剂管路系统中输送气流，包括以下步骤：推进剂管路系统中安装有用于调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速的第一控制阀门以及用于调节气流输出流速的第二控制阀门，通过第一控制阀门和第二控制阀门调节气流经过贮箱入口处的流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。

本实施例的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，还包括以下步骤：根据Helmholtz共振原理，初步确定共振频率、贮箱的结构特性以及贮箱内推进剂剩余量三者之间的关系为：

其中，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_gas为贮箱内气腔的体积V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，长度修正系数δ＝(8/3π)(C₁/π)^1/2。

通过信号处理系统获得贮箱内气腔流激共振的共振频率，包括以下步骤：根据数字信号的采样频率范围，获得数字信号的初始频谱特征；根据贮箱的最大气腔体积和公式

初步确定贮箱内气腔流激共振的共振频率范围；根据初步确定的共振频率范围，将数字信号的初始频谱特征进行局部放大，获得数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征；根据数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征，获得贮箱内气腔流激共振的共振频率。数字信号的初始频谱特征的频谱范围与数据采集模块的采样频率范围相关，在本实施例中，数字信号的初始频谱特征的频谱范围最大为采样频率范围的二分之一，初步确定的共振频率范围为100Hz，数据采集模块的采样频率范围为0-4000Hz，通过信号处理系统获得数字信号在0-2000Hz的频率范围内的初始频谱特征，通过频率局部放大的方法获得数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征；根据数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征，通过最大点搜索算法获得贮箱内气腔流激共振的共振频率。

还包括以下步骤：通过地面实验获得贮箱在多种推进剂剩余量体积下对应的气腔流激共振的共振频率；将多种气腔流激共振的共振频率代入初步确定的关系式

中分别预测得到对应的推进剂剩余量体积的预测值；通过将贮箱内气腔流激共振的多种共振频率下对应的推进剂剩余量体积的预测值与实验值进行比对，并观察贮箱内气腔流激共振的共振频率处于不同频率范围时根据初步确定的关系式获得的推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大小。如图2所示，在本实施例中，以贮箱的气流流激共振的共振频率为纵轴，以推进剂剩余量的体积为横轴，根据初步确定的关系式

绘制贮箱的气流流激共振的共振频率随贮箱内推进剂剩余量变化的曲线，贮箱内推进剂剩余量越大，气腔流激共振的共振频率越大，且0-100Hz的频率范围内曲线的斜率低于100Hz-200Hz的频率范围内曲线的斜率。菱形点则表示贮箱在推进剂剩余量体积的实验值下测得的气腔流激共振的共振频率。当贮箱内推进剂剩余量的体积越小时，航天器的剩余寿命预测与贮箱内推进剂剩余量的体积越密切相关，因此对于测量结果的精度要求越高，以确保准确预测航天器的剩余寿命。当贮箱内推进剂剩余量的体积越小时，贮箱内气腔激流共振的共振频率越低。在本实施例中，当气腔流激共振的共振频率处于0-100Hz的频率范围内时，推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差小。当气腔流激共振的共振频率大于100Hz时，推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大。

信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性获得贮箱内推进剂剩余量，包括以下步骤：当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差小的频率范围时，信号处理系统根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，而当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大的频率范围时，信号处理系统将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，其中，

δ_i＝(8/3π)(C₁/π)^1/2，δ_i为长度补偿系数，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，n为规则贮箱的进口管的横截面积与箱体内腔的横截面积比值；或者当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于任意频率范围内时，信号处理系统均将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量。

在本实施例中，当贮箱内气腔流激共振时，通过声波换能器采集15秒-20秒的共振信号，进而通过数据采集模块将共振信号转换成数字信号并传输至信号处理系统进行处理，获得数字信号在0-2000Hz的频率范围内的频谱特征，共振信号在将贮箱的进口管的长度L₁＝0.08mm和进口管的横截面积C₁＝0.05²π m²代入关系式

初步确定贮箱内气腔的共振频率范围0-100Hz，进而通过频谱局部(FFT_ZOOM)放大的方法将数字信号在共振频率范围内0-100Hz内的频谱特征放大，通过最大点搜索算法获得贮箱内气腔流激共振的共振频率为68.88Hz。由于68.88Hz处于0-100Hz的频率范围内，因此将共振频率68.88Hz代入上述关系式

从而测得贮箱内推进剂剩余量的体积。

在本实施例中，在盛装有推进剂的贮箱的开口处设有开口管，贮箱内腔中推进剂液面上方的气腔与开口管内的管道内腔构成贮箱的声腔共振系统，将贮箱变换为内腔的总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，规则贮箱内腔的横截面积沿深度方向不变，根据开口管的长度以及开口管的横截面积，确定规则贮箱内腔与开口管的横截面积比值、规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及规则贮箱的气腔容积三者之间的关系；根据贮箱的声腔共振系统的共振频率确定规则贮箱的最优横截面积比值；根据规则贮箱的横截面积比值、共振频率以及气腔容积之间的关系，确定最优横截面积比值下规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及规则贮箱的气腔容积之间的关系；根据最优的规则贮箱内腔与开口管的横截面积比下规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及规则贮箱的气腔容积之间的关系，获得最优横截面积比值下规则贮箱的声腔共振系统与贮箱的声腔共振系统共振频率相同时的气腔容积；贮箱内推进剂剩余量为内腔总容积减去规则贮箱的气腔容积。通过将贮箱转换为内腔总容积相等、开口处设有相同开口管且内腔的横截面积沿深度方向不变的规则贮箱，根据开口管的长度以及开口管的横截面积，确定规则贮箱内腔与开口管的横截面积比值、规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及规则贮箱的气腔容积三者之间的关系，通过检测贮箱的声腔共振系统的共振频率，并根据贮箱的声腔共振系统的共振频率确定规则贮箱内腔与开口管的最优横截面积比值，在该共振频率下，最优横截面积比值下规则贮箱的声腔共振系统与贮箱的声腔共振系统相似，因此气腔容积相近，从而根据规则贮箱内腔与开口管的横截面积比值、规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及规则贮箱的气腔容积三者之间的关系，确定最优横截面积比值下规则贮箱的声腔共振系统的共振频率以及气腔容积之间的关系，进而确定最优横截面积比值下规则贮箱的声腔共振系统与贮箱的声腔共振系统的共振频率相同时的气腔容积，又因为内腔总容积相等，因此贮箱内推进剂剩余量为内腔总容积减去规则贮箱的气腔容积。通过将在多种气腔容积下贮箱的声腔共振系统的共振频率与规则贮箱对应的最优横截面积比值进行数值拟合，从而获得贮箱的声腔共振系统共振频率与规则贮箱的最优横截面积比值的关系。因此测量时，根据检测出的贮箱的共振频率确定规则贮箱对应的最优横截面积比值，从而将贮箱的共振频率和最优横截面积比值代入上述公式

从而测得贮箱的气腔容积，进而将贮箱内腔总容积减去气腔容积，获得贮箱内推进剂的剩余量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，其特征在于，

包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，

贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，

通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

2.根据权利要求1所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，其特征在于，

信号采集系统包括粘附于贮箱外壁面上的用于采集贮箱内共振信号的声波换能器以及用于将声波换能器采集的共振信号转换为数字信号的数据采集模块，数据采集模块分别与声波换能器和信号处理系统连接，从而将共振信号转换为数字信号并传输至共振信号处理系统进行分析和处理。

3.根据权利要求2所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，其特征在于，

贮箱包括箱体以及设于箱体上的开口管，声波换能器粘附于开口管或箱体顶部的外壁面上。

4.根据权利要求1所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，其特征在于，

推进剂管路系统包括与贮箱的入口密封连接的推进剂管路，激励系统包括与推进剂管路连通的用于向推进剂管路系统内输送气流的供气机构以及沿气流输送方向安装于推进剂管路上的第一控制阀门和第二控制阀门，

第一控制阀门和第二控制阀门分别位于贮箱入口两侧，通过第一控制阀门调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速，通过第二控制阀门调节气流输出流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。

5.一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过与推进剂管路系统连通的供气机构向推进剂管路系统中输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振；

通过粘附于贮箱的外壁面上的声波换能器采集贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号并将共振信号传输至数据采集模块；

通过数据采集模块将气腔的共振信号转换成数字信号并将数字信号传输至信号处理系统；

通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振的共振频率；

通过信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

6.根据权利要求5所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，通过供气机构向推进剂管路系统中输送气流，包括以下步骤：

推进剂管路系统中安装有用于调节供气机构向贮箱入口处输送气流的流速的第一控制阀门以及用于调节气流输出流速的第二控制阀门，通过第一控制阀门和第二控制阀门调节气流经过贮箱入口处的流速，从而控制贮箱内气腔产生流激共振的幅度。

7.根据权利要求5所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据Helmholtz共振原理，初步确定共振频率、贮箱的结构特性以及贮箱内推进剂剩余量三者之间的关系为：

其中，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_gas为贮箱内气腔的体积V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，长度修正系数δ＝(8/3π)(C₁/π)^1/2。

8.根据权利要求7所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，

通过信号处理系统获得贮箱内气腔流激共振的共振频率，包括以下步骤：

根据数字信号的采样频率范围，获得数字信号的初始频谱特征；

根据贮箱的最大气腔体积和公式

初步确定贮箱内气腔流激共振的共振频率范围；

根据初步确定的共振频率范围，将数字信号的初始频谱特征进行局部放大，获得数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征；

根据数字信号在共振频率范围内的精细频谱特征，获得贮箱内气腔流激共振的共振频率。

9.根据权利要求7所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过地面实验获得贮箱在多种推进剂剩余量体积下对应的气腔流激共振的共振频率；

将多种气腔流激共振的共振频率代入关系式

中分别预测得到对应的推进剂剩余量体积的预测值；

通过将贮箱内气腔流激共振的多种共振频率下对应的推进剂剩余量体积的预测值与贮箱内推进剂剩余量体积的实验值进行比对，并观察贮箱内气腔流激共振的共振频率处于不同频率范围时推进剂剩余量体积的预测值与实际值的误差大小。

10.根据权利要求9所述的基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量方法，其特征在于，信号处理系统根据共振频率和贮箱的结构特性获得贮箱内推进剂剩余量，包括以下步骤：

当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差小的频率范围时，信号处理系统根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，而当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于推进剂剩余量体积的预测值与实验值的误差大的频率范围时，信号处理系统将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量，其中，

δ_i为长度补偿系数，L₁为贮箱入口处开口管的长度，V_liquid为贮箱内推进剂剩余量的体积，V_total为贮箱内腔的总体积，C₁为贮箱入口处开口管的横截面积，

为声速，f₀为气腔流激共振的共振频率，n为规则贮箱的进口管的横截面积与箱体内腔的横截面积比值；

或者当贮箱内气腔流激共振的共振频率处于任意频率范围内时，信号处理系统均将贮箱变换为内腔总容积相等且开口处设有相同开口管的规则贮箱，且规则贮箱的箱体内腔的横截面积沿深度方向不变，并根据关系式

确定贮箱内推进剂剩余量。

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