CN112729498B - 测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质 - Google Patents

测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质，包括：步骤1：将航天器置于水平面并打开液路隔离阀使并联贮箱液路连通平衡；步骤2：将附加容器与推进系统贮箱相连通，测量推进系统贮箱气腔、附加容器压力；步骤3：对附加容器注入预设体量的气体后测量压力；步骤4：计算贮箱气腔容积；步骤5：由已知贮箱总容积减去贮箱气腔容积得到剩余推进剂容积；步骤6：测量推进剂温度得到对应的推进剂密度；步骤7：计算贮箱剩余推进剂质量；步骤8：打开附加容器放气阀放气后关闭，重复测量剩余推进剂质量多次，取每次测量结果的均方根为最终测量值。本发明可在不排出剩余推进剂的前提下测量推进系统剩余推进剂量，保证人员的安全。

Description

测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及一种测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质。尤其地，涉及一种通过附加容器注气测量推进系统剩余推进剂质量的方法。
背景技术
航天器推进系统目前多为液体双组元推进系统，液体推进剂为有毒的四氧化二氮、甲基肼等。试验过程中需要考核多种工况，贮箱中的推进剂质量无法满足多次使用需求，因此需要进行多次推进剂加注。其中，每个工况试验完成后需要确定推进剂剩余量、后续试验的加注量，因为推进剂为有毒液体，排空测量贮箱内试验后所剩推进剂量安全性差。本发明提出了一种可以不需排除推进系统剩余推进剂的情况下测量贮箱内剩余推进剂质量的方法，这种测量方法可以使用于其它液体推进剂，在每次加注时可以计算出推进剂剩余量，计算误差不会在多次加注中累加，解决了排出剩余推进剂过程中液路管路夹气的问题、多个贮箱推进剂不均衡的问题并且可以保证在测量过程操作人员的安全。
专利文献CN110779591B(申请号：CN201911044586.0)公开了一种复杂贮箱内推进剂剩余量的测量方法及测量装置，测量方法包括以下步骤：将复杂贮箱变换为规则贮箱，规则贮箱内腔的横截面积沿深度方向不变；根据开口管的长度和横截面积，确定规则贮箱的横截面积比值、共振频率以及气体腔容积三者之间的关系；检测出复杂贮箱的的共振频率；根据复杂贮箱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、共振频率以及气体腔容积之间的关系，确定最优横截面积比值下规则贮箱的共振频率以及气体腔容积之间的关系；根据最优横截面积比值下规则贮箱的共振频率以及的气体腔容积之间的关系，获得气体腔容积；复杂贮箱内推进剂剩余量为内腔总容积减去规则贮箱的气体腔容积。
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测量推进系统剩余推进剂质量的方法、系统及介质。
根据本发明提供的测量推进系统剩余推进剂质量的方法，包括：
步骤1：将航天器置于水平面并打开液路隔离阀使并联贮箱液路连通平衡后关闭；
步骤2：将附加容器与推进系统贮箱相连通，测量推进系统贮箱气腔、附加容器压力；
步骤3：连通贮箱气腔和附加容器，打开气腔隔离阀对附加容器注入预设体量的气体后关闭，再次测量压力；
步骤4：通过两次压力测量值和已知附加容器的容积计算贮箱气腔容积；
步骤5：由已知贮箱总容积减去贮箱气腔容积得到剩余推进剂容积；
步骤6：测量推进剂温度得到对应的推进剂密度；
步骤7：计算贮箱剩余推进剂质量；
步骤8：打开附加容器放气阀放气后关闭，重复测量剩余推进剂质量多次，取每次测量结果的均方根为最终测量值。
优选的，所述推进系统贮箱的数量为一个或多个；
若为多个贮箱，则气腔相互连接，保持压力一致；
若为单个贮箱，则保持气腔和液腔压力一致。
优选的，所述附加容器的数量为一个或多个；
若为多个容器，则容器之间连通，容器总体积与推进系统贮箱体积相同。
根据本发明提供的测量推进系统剩余推进剂质量的系统，包括：
模块M1：将航天器置于水平面并打开液路隔离阀使并联贮箱液路连通平衡后关闭；
模块M2：将附加容器与推进系统贮箱相连通，测量推进系统贮箱气腔、附加容器压力；
模块M3：连通贮箱气腔和附加容器，打开气腔隔离阀对附加容器注入预设体量的气体后关闭，再次测量压力；
模块M4：通过两次压力测量值和已知附加容器的容积计算贮箱气腔容积；
模块M5：由已知贮箱总容积减去贮箱气腔容积得到剩余推进剂容积；
模块M6：测量推进剂温度得到对应的推进剂密度；
模块M7：计算贮箱剩余推进剂质量；
模块M8：打开附加容器放气阀放气后关闭，重复测量剩余推进剂质量多次，取每次测量结果的均方根为最终测量值。
优选的，所述推进系统贮箱的数量为一个或多个；
若为多个贮箱，则气腔相互连接，保持压力一致；
若为单个贮箱，则保持气腔和液腔压力一致。
优选的，所述附加容器的数量为一个或多个；
若为多个容器，则容器之间连通，容器总体积与推进系统贮箱体积相同。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明不受推进剂种类限制，适用于任何推进剂测量；
(2)本发明可以满足推进系统地面试验中的多次测量，在不排出剩余推进剂的前提下测量推进系统剩余推进剂量，保证人员的安全；
(3)本发明所需设备少，测量计算结果满足推进剂补加要求，且计算误差在多次加注中不会累加，解决了排出剩余推进剂过程中液路管路夹气的问题、多个贮箱推进剂不均衡的问题。
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为剩余推进剂量测量的原理图；
其中，1-阀门、2-压力表、3-附加容器、4-阀门、5-压力表、6-推进系统贮箱(已知总容积V、气腔Vg、液腔VL)、7-液路阀、8-液路阀。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明主要解决航天器推进系统不排出剩余推进剂情况下对贮箱内推进剂剩余质量测量的问题。
此办法所需的设备包括：
推进系统贮箱：贮箱可以是一个也可以是多个，贮箱密封性良好，漏率小于1×10- 5Pa·m3/s，如果需要一次测量多个贮箱的总质量，要保证多个贮箱的气腔要相互连接，压力一致；单个贮箱的气腔和液腔压力一致；
附加压力容器：附加的压力容器可以是一个也可以是多个，多个压力容器之间连通，附加压力容器总体积尽量与推进系统贮箱相近，压力容器可以承受4MPa以上的压力；
压力表：量程包含推进系统贮箱压力范围，精度高于千分之五；
阀门：可以保证完全关闭和开启，阀门内漏小于5×10-5Pa·m3/s。
测量过程包括下列步骤：
步骤1：将航天器置于水平面并打开液路隔离阀7、8，使并联贮箱液路连通平衡后关闭，以实现每个贮箱液体容积VL近似相等；
步骤2：连接附加容器3和推进系统贮箱6气腔，中间用阀门4连接，阀门4初始保持关闭状态，附加容器上连接压力表2，附加压力容器连接放气阀门1，阀门1初始保持关闭状态；
步骤3：记录推进剂贮箱6的压力表5读数P1、附加容器压力表2读数P2已知附加容器容积Vfj和推进剂贮箱总容积V；
步骤4：缓慢打开阀门4，让推进系统贮箱6气体注入至附加容器3某一压力后关闭，记录此时推进系统贮箱压力表5读数P1'、附加容器压力表2读数P2'；
步骤5：因放气缓慢，且在常温环境，温度T不变，通过PV法，P1·V1+2P2·Vg＝P1'·V1+2P2'·Vg)计算得到单个贮箱中气体体积Vg，根据贮箱初始容积V，计算单个推进系统贮箱剩余推进剂VL，VL＝V-Vg；
步骤6：测量推进系统贮箱温度t1，计算贮箱内推进剂密度ρ；
步骤7：通过密度和体积，计算单个贮箱推进剂剩余质量M1，M1＝ρ·VL；
步骤8：关闭阀门4，打开阀门1，对附加容器注气至压力表2某一较低压力时关闭阀门1，再次记录记录此时推进系统贮箱压力表5读数P1、附加容器压力表2读数P2；
步骤9：再次缓慢打开阀门4，通过推进系统贮箱6为附加容器3注入气体，当压力表2读数升高后，记录此时推进系统贮箱压力表5读数P1'、附加容器压力表2读数P2'；
步骤10：再次计算单个贮箱剩余推进剂剩余量M2；
步骤11：计算单个贮箱推进剂剩余质量M3；
步骤12：根据3次计算结果M1、M2、M3，通过均方根
Figure BDA0002857990430000051
得到推进系统单个贮箱剩余推进剂质量M。
其中：
V—推进系统单个贮箱总容积(L)，生产时已测定；
Vg—推进系统单个贮箱内气体容积(L)；
VL—推进系统单个贮箱剩余推进剂容积(L)；
P1—推进系统贮箱初始压力，压力表5测得(MPa)；
P2—附加容器初始压力，压力表2测得(MPa)；
P1'—附加容器注入气体后推进系统贮箱压力，压力表5测得(MPa)；
P2'—附加容器注入气体后压力，压力表2测得(MPa)；
ρ—推进系统贮箱剩余推进剂密度(kg/L)：
对于四氧化二氮：ρ＝1.458-2.5*10-3*(t-15)；
对于甲基肼：ρ＝0.881-0.966*10-3*(t-15)；
t—推进系统贮箱剩余推进剂温度，通过红外测温计测得(℃)；
M1、M2、M3—三次测量推进系统单个贮箱剩余推进剂质量(kg)；
M—推进系统单个贮箱剩余推进剂质量均方根值(kg)；
贮箱6推进剂剩余量计算结束后，打开阀门2和阀门4，将推进剂贮箱内压力泄压至0MPa(表压)，然后关闭气路阀门4，拆除附加容器。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种测量推进系统剩余推进剂质量的方法，其特征在于，包括：
步骤1：将航天器置于水平面并打开液路隔离阀使并联贮箱液路连通平衡后关闭；
步骤2：将附加容器与推进系统贮箱相连通，测量推进系统贮箱气腔、附加容器压力；
步骤3：连通贮箱气腔和附加容器，打开气腔隔离阀对附加容器注入预设体量的气体后关闭，再次测量压力；
步骤4：通过两次压力测量值和已知附加容器的容积计算贮箱气腔容积；
步骤5：由已知贮箱总容积减去贮箱气腔容积得到剩余推进剂容积；
步骤6：测量推进剂温度得到对应的推进剂密度；
步骤7：计算贮箱剩余推进剂质量；
步骤8：打开附加容器放气阀放气后关闭，重复测量剩余推进剂质量多次，取每次测量结果的均方根为最终测量值。
2.根据权利要求1所述的测量推进系统剩余推进剂质量的方法，其特征在于，所述推进系统贮箱的数量为一个或多个；
若为多个贮箱，则气腔相互连接，保持压力一致；
若为单个贮箱，则保持气腔和液腔压力一致。
3.根据权利要求1所述的测量推进系统剩余推进剂质量的方法，其特征在于，所述附加容器的数量为一个或多个；
若为多个容器，则容器之间连通，容器总体积与推进系统贮箱体积相同。
4.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
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