一种推进剂剩余量在轨测量方法研究

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1、第39卷第5期2013年10月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39．No．50ct．2013一种推进剂剩余量在轨测量方法研究袁磊，王申，连仁志，刘涛(上海空间推进研究所，上海201112)摘要：对我国某卫星平台气体注入压力激励推进剂剩余量测量方法进行了研究，建立了剩余量计算模型，开发了计算软件，开展了地面试验，结果表明，测量误差在一0．68％一0．66％范围内，达到了较高的测量精度。关键词：推进系统；剩余推进剂；推进剂在轨测量中图分类号：V423．4—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)05—0087-05On--boardgaugin

2、gmethodofremainingpropellantYUANLei，WANGShen，LIANRen—zhi，LIUTao(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai2012，China)Abstract：ForaChinesesatellite，anon-boardgaugingmethodofremainingpropellantwasde—signed，themathematicalmodelwasestablished，thesoftwareforcalculatingremainingpropellantwasdeveloped，an

3、dsomegroundtestswerecarriedout．Thetestresultsshowthatthedesignedon—boardgaugingmethodofremainingpropellanthasadequateaccuracyforengineeringapplicationanditserroriswithintherangeof一0．68％～0．66％．Keywords：propulsionsystem；remainingpropellant；on-boardpropellantgauging0引言目前，我国卫星推进剂剩余量在轨测量均采用PVT法、BK法或者二者相

4、结合的方法【1】。PVT法嗍简单易行，但精度不高，特别对高轨双组元统一推进系统，由于轨道转移时用去大部分推进剂，正常留轨期间贮箱以较低落压比工作，给PvT法的准确测量带来很大困难。此外，如果推进系统存在泄漏，则影响测量精度。BK法要求具有充分的推进系统地面试验数据，并要求在轨性能长期稳定。特别对高轨双组元统一的推进系统，75％～90％的推进剂消耗在入轨段，远地点发动机的推进剂消耗量记录不准确时，会造成卫星定点后的基准剩余量产生很大偏差，加之姿控推力器以脉冲工作为主，不同脉宽和箱压下推进剂耗量不同，进一步制约了BK法的精度；PVT法和BK法相结合㈣，虽能降低不确定度，但仍无法从根本上消除或者减

5、少单独测量方法所产生的误差。收稿日期：2013—01—25；修回日期：2013—05—14基金项目：中国航天科技集团公司支撑项目(2009JY02)作者简介：袁磊(1977一)，男，研究员，研究领域为空间推进系统工程88火箭推进2013年10月气体注入压力激励法16怕基本原理是由气瓶给贮箱注入一定气体，测量二者参数的变化，经热力学定律计算贮箱内气体体积，进而得到推进剂剩余量。该方法测量精度高，设备简单，易于实现。同时，还可利用其补气系统进行并联贮箱的均衡排放控制和氧化剂、燃料混合比在轨调节。气体注入压力激励法在国内已得到较多关注【7_Ⅷ，但目前开展的工作多局限于原理性探索，尚未直接针对型号进

6、行研究。我国在研的某卫星平台采用四贮箱平铺构型，为精确测定每只贮箱内的推进剂剩余量，创新性地采用了气体注入压力激励法。本文以其剩余量测量系统为研究对象，开展了气体注入压力激励法的应用研究，结果表明，利用该方法能获得较高的推进剂剩余量测量精度，为卫星长寿命在轨可靠运行，提供推进剂剩余量测量理论和技术基础。1数学模型及影响因素分析(警+半)i_(警+半)，㈤式中：下标P为气瓶中气体参数；下标U为贮箱中气垫气体参数；下标i，f分别为激励前和激励后状态。根据式(1)和(2)可得气体注入压力激励法的一般模型，也称非等温模型：y。=y，一y，了Pip7i／7Tip,二-丽P．／TⅣ(3)实际上剩余量测量

7、精度受多种工程因素影响，主要包括压力、温度参数的测量精度、氦气的饱和蒸汽压及其在推进剂中的溶解度、压力容器体积测量精度及弹性变形方程以及非理想气体状态等。为此，需对每一项因素开展误差分析并修正计算模型。本文采用的气体注入压力激励法工程应用模型如下：P阻％吁M“引-VpAp(咋)毒争德(4)瑚同黼馓心㈣删剥原热脯跚；z为貉子；焉推进理图。㈨f。；壶葙袅箕暮!、“。’““一1。“。一～““一7孰，lUp已，rH手