本发明专利技术提供了一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法及系统，涉及运载火箭上面级推进技术领域，该方法包括：步骤S1：在上面级推进剂加注环节测量加注的推进剂质量；步骤S2：采集的主发动机工作过程中上面级自身的加速度，以及姿控发动机的工作时间，并计算主发动机推力；步骤S3：累积计算主发动机各工作时段的推进剂耗量，以及姿控发动机耗量，计算剩余推进剂质量，进而开展其他扩展任务。本发明专利技术能够减小了推力和推进剂剩余量计算时受流量的偏差累积效应，计算结果更为准确。计算结果更为准确。计算结果更为准确。
【技术实现步骤摘要】
上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法及系统
[0001]本专利技术涉及运载火箭上面级推进
，具体地，涉及一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法及系统。
技术介绍
[0002]上面级主发动机的工作性能直接影响轨道转移、卫星分离等环节的关键参数，上面级推进剂剩余量直接影响上面级的工作寿命。在轨评价主发动机的工作性能，有利于后续产品完善设计进而提升性能；准确计算推进剂剩余量有助于开展其他扩展任务。
[0003]目前上面级主发动机不直接进行推力和流量测量，一般也不进行推力室室压采集，而是根据飞行过程中的主发动机入口压力数据和推进剂温度数据，利用小偏差方程，分析推测各次点火过程中的流量、推力等参数。此方法在较小性能偏差范围内具备一定的参考意义，但是在出现较大性能偏差后误差较大。
[0004]另外也有在轨推力计算时假定工作流量为额定流量进行计算。此方法受流量的偏差累积效应，随着飞行时间的不断增加，误差逐步增大。推力计算在任务前期是相对准确的，在任务后期误差较大。
[0005]公开号为CN108516107B的专利技术专利，公开了一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统，包括：(1)根据主发动机的地面试车结果，确定主发动机推力以及比冲的估计初值，并对后续迭代过程需要的相关参数进行初始化；(2)结合姿控推力器工作在主发动机推力方向产生的附加加速度和姿控推力器引起的质量消耗，求解出主发动机推力和比冲的估计值，从而实现在线发动机推力和比冲估计。目前上面级主发动机交付前均不进行地面点火，且姿控推力器在主发动机推力方向产生的附加加速度相对较小，对计算结果影响有限。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法及系统，所述方案如下：
[0008]第一方面，提供了一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法，所述方法包括：
[0009]步骤S1：在上面级推进剂加注环节测量加注的推进剂质量；
[0010]步骤S2：采集的主发动机工作过程中上面级自身的加速度，以及姿控发动机的工作时间，并计算主发动机推力；
[0011]步骤S3：累积计算主发动机各工作时段的推进剂耗量，以及姿控发动机耗量，计算剩余推进剂质量，进而开展其他扩展任务。
[0012]优选的，所述步骤S2包括：
[0013]步骤S2.1：假设主发动机在每一个稳态工作时段的推力和流量是稳定的；姿控发
动机流量变化对推进剂耗量影响小于设定值，且全程均按照额定流量工作；
[0014]步骤S2.2：在轨采集主发动机工作时上面级的加速度，同时采集姿控发动机工作时间；
[0015]步骤S2.3：给定以下参数设置：
[0016]m0：某次主发动机启动时刻上面级质量；
[0017]F：主发动机推力；
[0018]主发动机某次工作流量；
[0019]a：主发动机工作时上面级加速度；
[0020]m
zkN
：姿控发动机累计耗量；
[0021]t：某次主发动机已工作时间；
[0022]Δt：单次主发动机工作总时间；
[0023]M
begin
：上面级初始推进剂量；
[0024]M
left
：上面级剩余推进剂量；
[0025]步骤S2.4：计算上面级主发动机推力
[0026]优选的，所述计算上面级主发动机推力包括：
[0027]针对主发动机某次启动工作：
[0028]t1时刻的推力等式为：
[0029]t2时刻的推力等式为：
[0030]t3时刻的推力等式为：
[0031]……
[0032]tn时刻的推力等式为：
[0033]等式(1)～(n)即：
[0034][0035]进而得出：
[0036]优选的，所述步骤S3包括：
[0037]根据步骤S2知主发动机每次的工作时间为Δt1～Δt
n
，并且计算出每次工作时推进剂流量则剩余推进剂：
[0038][0039]第二方面，提供了一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算系统，所述系统包括：
[0040]模块M1：在上面级推进剂加注环节测量加注的推进剂质量；
[0041]模块M2：采集的主发动机工作过程中上面级自身的加速度，以及姿控发动机的工作时间，并计算主发动机推力；
[0042]模块M3：累积计算主发动机各工作时段的推进剂耗量，以及姿控发动机耗量，计算剩余推进剂质量，进而开展其他扩展任务。
[0043]优选的，所述模块M2包括：
[0044]模块M2.1：假设主发动机在每一个稳态工作时段的推力和流量是稳定的；姿控发动机流量变化对推进剂耗量影响小于设定值，且全程均按照额定流量工作；
[0045]模块M2.2：在轨采集主发动机工作时上面级的加速度，同时采集姿控发动机工作时间；
[0046]模块M2.3：给定以下参数设置：
[0047]m0：某次主发动机启动时刻上面级质量；
[0048]F：主发动机推力；
[0049]主发动机某次工作流量；
[0050]a：主发动机工作时上面级加速度；
[0051]m
zkN
：姿控发动机累计耗量；
[0052]t：某次主发动机已工作时间；
[0053]Δt：单次主发动机工作总时间；
[0054]M
begin
：上面级初始推进剂量；
[0055]M
left
：上面级剩余推进剂量；
[0056]模块M2.4：计算上面级主发动机推力
[0057]优选的，所述计算上面级主发动机推力包括：
[0058]针对主发动机某次启动工作：
[0059]t1时刻的推力等式为：
[0060]t2时刻的推力等式为：
[0061]t3时刻的推力等式为：
[0062]……
[0063]tn时刻的推力等式为：
[0064]等式(1)～(n)即：
[0065][0066]进而得出：
[0067]优选的，所述模块M3包括：
[0068]根据步骤S2知主发动机每次的工作时间为Δt1～Δt
n
，并且计算出每次工作时推进剂流量则剩余推进剂：
[0069][0070]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0071]1、本专利技术与现有技术相比不需要地面试车结果，不需要考虑姿控发动机的附加加速度；
[0072]2、本专利技术可适应较大推力偏差情况计算；
[0073]3、本专利技术能够减小推力和推进剂剩余量计算时受流量的偏差累积效应，计算结果更为准确；
[0074]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法，其特征在于，包括：步骤S1：在上面级推进剂加注环节测量加注的推进剂质量；步骤S2：采集的主发动机工作过程中上面级自身的加速度，以及姿控发动机的工作时间，并计算主发动机推力；步骤S3：累积计算主发动机各工作时段的推进剂耗量，以及姿控发动机耗量，计算剩余推进剂质量，进而开展其他扩展任务。2.根据权利要求1所述的上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S2.1：假设主发动机在每一个稳态工作时段的推力和流量是稳定的；姿控发动机流量变化对推进剂耗量影响小于设定值，且全程均按照额定流量工作；步骤S2.2：在轨采集主发动机工作时上面级的加速度，同时采集姿控发动机工作时间；步骤S2.3：给定以下参数设置：m0：某次主发动机启动时刻上面级质量；F：主发动机推力；主发动机某次工作流量；a：主发动机工作时上面级加速度；m
zkN
：姿控发动机累计耗量；t：某次主发动机已工作时间；Δt：单次主发动机工作总时间；M
begin
：上面级初始推进剂量；M
left
：上面级剩余推进剂量；步骤S2.4：计算上面级主发动机推力3.根据权利要求2所述的上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法，其特征在于，所述计算上面级主发动机推力包括：针对主发动机某次启动工作：t1时刻的推力等式为：t2时刻的推力等式为：t3时刻的推力等式为：
……
tn时刻的推力等式为：等式(1)～(n)即：
进而得出：4.根据权利要求3所述的上面级主发动机在轨推力和推进剂剩余量计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括：根据步骤S2知主发动机每次的工作时间为Δt1～Δt
n
，并且计算出每次工作时推进剂流量则剩余推进剂：5.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩冲，王吉星，刘传，刘超，郭洪勤，朱皓楠，杨明磊，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。