基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统及方法，包括：高压气瓶；充气气体容器，通过一个管路依次连接第一自锁阀和高压气瓶，通过另一个管路依次连接第二自锁阀和贮箱；第一稳压气体容器，通过管路连接第三自锁阀一端，另一端通过管路连接到第二自锁阀与贮箱间的管路；第二稳压气体容器，通过管路连接第四自锁阀一端，另一端通过管路连接到第二自锁阀与贮箱间的管路，且其与第二稳压气体容器间连接有差压传感器；贮箱，外侧的管路上设置第二压力传感器；温控模块，连接充气气体容器，用于对气体进行温度控制。本发明专利技术能够将推进剂剩余量的测量时间缩短至少一个量级，将测量精度提高至少一个量级。将测量精度提高至少一个量级。将测量精度提高至少一个量级。

【技术实现步骤摘要】
基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及航天器推进系统在轨测量
，尤其涉及一种基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统及方法。

技术介绍

[0002]航天器在轨工作时，有时需要进行轨道保持，轨道保持操作需要消耗航天器自身携带的推进剂，航天器在轨寿命很大程度上取决于轨道保持能力，因此，航天器自身携带推进剂的消耗情况对于预测航天器在轨寿命具有重要作用，也是航天器在轨管理的一个重要组成部分。为了实现在轨微重力条件下的航天器推进剂剩余量的精确测量，以实现航天器在轨工作寿命的精确预测，目前已发展了诸多技术来实现航天器推进剂剩余量的测量，包括流量计技术、压力
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体积
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温度(PVT)技术、放射性示踪技术、放射性吸收技术、薄记(BK)技术、射频技术、超声波技术、气体注入压力激励法(PGS技术)、体积激励技术、推进剂晃动幅度频率相位技术等。其中，由于气体注入压力激励法具有测量精度高、设备简单、易于实现的特点，成为未来具有重要潜力的航天器推进剂剩余量测量方法，为未来航天器轨道寿命提供更加精准的预测能力。
[0003]现有的气体注入压力激励法是利用气瓶向推进剂贮箱内部注入一定量的气体，采用绝对压力传感器测量贮箱内部气体压力在注气前后的变化，而后通过热力学定律计算反推得到贮箱内部气体量，从而计算得到贮箱内部的推进剂体积量。然而，由于推进剂贮箱的工作压力较高，处于0.1
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3MPa之间，用于气体注入压力激励法的注气容器需要保持在更高压力。例如给1.55MPa贮箱充气时，注气容器需要达到5MPa左右的压力值，温度近似为贮箱内气体温度。当注气容器中的气体由5MPa降低到1.55MPa左右时，其温度会骤然下降，而目前根据等温模型进行推进剂剩余量测量，需要等待注入的气体和贮箱内原有的气体温度达到平衡之后，才能进行压力和温度测量，从而计算出贮箱内的推进剂剩余量。由于在太空环境中，航天器处于微重力状态，注入贮箱的气体与贮箱原有气体之间达到温度平衡需要较长时间，基本都在几个小时的量级，无法实现推进剂剩余量的快速测量。并且，由气体注入压力激励法带来的贮箱压力变化目前通常在几十千帕甚至几千帕的范围，因此，采用绝对压力传感器测量贮箱内部注入气体前后的压强差，对绝对压力传感器的精度要求、量程范围、工作压力的要求极高。即便绝对压力传感器的精度、量程范围和工作压力都符合测量要求，仍然存在注气前后贮箱内部气体压强的测量绝对误差大，导致现有的气体注入压力激励法在测量航天器推进剂剩余量时具有较大局限性。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本专利技术提供一种基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统及方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]第一方面，提供了一种基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，该系统
包括：
[0007]高压气瓶，所述高压气瓶用于作为气源；
[0008]充气气体容器，所述充气气体容器通过一个管路依次连接第一自锁阀和所述高压气瓶，通过另一个管路依次连接第二自锁阀和贮箱，所述充气气体容器上设置有第一压力传感器和第一温度传感器；
[0009]第一稳压气体容器，所述第一稳压气体容器通过管路连接第三自锁阀的一端，所述第三自锁阀的另一端通过管路连接到所述第二自锁阀与所述贮箱之间的管路上；
[0010]第二稳压气体容器，所述第二稳压气体容器通过管路连接第四自锁阀的一端，所述第四自锁阀的另一端通过管路连接到所述第二自锁阀与所述贮箱之间的管路上，所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器之间连接有用于测量所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器的压差的差压传感器；
[0011]所述贮箱，所述贮箱外侧的管路上设置第二压力传感器；
[0012]温控模块，所述温控模块连接所述充气气体容器，用于对所述充气气体容器内部的气体进行温度控制。
[0013]在一些可能的实现方式中，所述温控模块包括：加热单元和控制单元；
[0014]所述加热单元连接所述充气气体容器，用于对所述充气气体容器内部的气体进行加热；
[0015]所述控制单元分别连接所述第一压力传感器、所述第一温度传感器和所述加热单元，根据所述第一压力传感器和所述第一温度传感器的检测值对所述加热单元的加热功率进行控制。
[0016]在一些可能的实现方式中，所述加热单元包括：缠绕在所述充气气体容器上的加热功率可调的加热丝或者包覆在所述充气气体容器上的加热功率可调的加热片。
[0017]在一些可能的实现方式中，所述系统还包括：连接在所述高压气瓶与所述第一自锁阀之间的管路上的第五自锁阀，以及连接在所述第五自锁阀与所述第一自锁阀之间的用于过滤气体中杂质的过滤器。
[0018]在一些可能的实现方式中，所述系统还包括第六自锁阀，所述第六自锁阀的一端通过管路连接到所述过滤器与所述第一自锁阀之间的管路上，另一端通过管路连接到所述贮箱与所述第二自锁阀之间的管路上。
[0019]在一些可能的实现方式中，所述第六自锁阀为减压阀。
[0020]在一些可能的实现方式中，所述第一自锁阀、所述第二自锁阀、所述第三自锁阀、所述第四自锁阀和所述第五自锁阀均为电磁阀。
[0021]第二方面，还提供了一种利用上述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统实施的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量方法，该方法包括：
[0022]控制第二自锁阀、第三自锁阀和第四自锁阀处于关闭状态，控制第一自锁阀处于开启状态；
[0023]待高压气瓶和充气气体容器的温度及压力达到平衡后，关闭所述第一自锁阀，记录所述充气气体容器内的气体压强；
[0024]打开所述第三自锁阀和所述第四自锁阀中的一个，待第一稳压气体容器或第二稳压气体容器与贮箱的压力达到平衡后，关闭处于打开状态的所述第三自锁阀或所述第四自
锁阀；
[0025]根据所述贮箱的当前温度及压强数据，计算确定能够使所述充气气体容器注入所述贮箱的气体温度与所述贮箱原有气体温度的差值在预设温差范围内所对应的所述充气气体容器的注气温度和注气压强；
[0026]利用温控模块对所述充气气体容器内部的气体进行温度控制，直至所述充气气体容器内部的气体温度及气体压强达到注气温度及注气压强；
[0027]打开所述第二自锁阀，待所述充气气体容器与所述贮箱的温度及压力达到平衡后，关闭所述第二自锁阀，记录所述充气气体容器内的气体压强；
[0028]打开所述第三自锁阀和所述第四自锁阀中的另一个，待所述第一稳压气体容器或所述第二稳压气体容器与所述贮箱的压力达到平衡后，关闭处于打开状态的所述第三自锁阀或所述第四自锁阀；
[0029]记录所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器的压差；
[0030]根据所述充气气体容器内的气体压强、所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器的压差、以及预先测量的所述充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，包括：高压气瓶，所述高压气瓶用于作为气源；充气气体容器，所述充气气体容器通过一个管路依次连接第一自锁阀和所述高压气瓶，通过另一个管路依次连接第二自锁阀和贮箱，所述充气气体容器上设置有第一压力传感器和第一温度传感器；第一稳压气体容器，所述第一稳压气体容器通过管路连接第三自锁阀的一端，所述第三自锁阀的另一端通过管路连接到所述第二自锁阀与所述贮箱之间的管路上；第二稳压气体容器，所述第二稳压气体容器通过管路连接第四自锁阀的一端，所述第四自锁阀的另一端通过管路连接到所述第二自锁阀与所述贮箱之间的管路上，所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器之间连接有用于测量所述第一稳压气体容器与所述第二稳压气体容器的压差的差压传感器；所述贮箱，所述贮箱外侧的管路上设置第二压力传感器；温控模块，所述温控模块连接所述充气气体容器，用于对所述充气气体容器内部的气体进行温度控制。2.根据权利要求1所述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，所述温控模块包括：加热单元和控制单元；所述加热单元连接所述充气气体容器，用于对所述充气气体容器内部的气体进行加热；所述控制单元分别连接所述第一压力传感器、所述第一温度传感器和所述加热单元，根据所述第一压力传感器和所述第一温度传感器的检测值对所述加热单元的加热功率进行控制。3.根据权利要求2所述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，所述加热单元包括：缠绕在所述充气气体容器上的加热功率可调的加热丝或者包覆在所述充气气体容器上的加热功率可调的加热片。4.根据权利要求1或2所述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，所述系统还包括：连接在所述高压气瓶与所述第一自锁阀之间的管路上的第五自锁阀，以及连接在所述第五自锁阀与所述第一自锁阀之间的用于过滤气体中杂质的过滤器。5.根据权利要求4所述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，所述系统还包括第六自锁阀，所述第六自锁阀的一端通过管路连接到所述过滤器与所述第一自锁阀之间的管路上，另一端通过管路连接到所述贮箱与所述第二自锁阀之间的管路上。6.根据权利要求5所述的基于温控的气体注入激励推进剂剩余量测量系统，其特征在于，所述第六自锁阀为减压阀。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延杰，韩伟，黄奕勇，陈小前，刘红卫，付康佳，胡粲彬，熊丹，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：