[发明专利]一种高效利用双组元推进剂的方法有效

专利信息
申请号: 201210431365.0 申请日: 2012-10-31
公开(公告)号: CN102926889A 公开(公告)日: 2013-02-13
发明(设计)人: 梁军强;李永;宋涛;马云华;李湘宁;耿永兵;李泽;黄江川;王晓磊;林震;林星荣;林长杰;王雪婷;张广科 申请(专利权)人: 北京控制工程研究所
主分类号: F02K9/08 分类号: F02K9/08;F02K9/28
代理公司: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 安丽
地址: 100190*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 高效 利用 双组元 推进 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种高效利用双组元推进剂的方法,属于卫星双组元推进系统技术。

背景技术

卫星双组元推进系统具有比冲高的特点,使用MON-1(氧化剂)和MMH(燃烧剂)2种推进剂作为工质,但是两种推进剂组元需要按照特定的混合比(质量比)进入发动机燃烧才能达到最好的效果。

由于通常在轨的双组元推进系统没有在轨混合比主动控制能力,其混合比指标只能依靠推进剂管道、发动机和推力器的设计和生产来保证,最终的混合比偏差指标要求通常是不大于3%,那么对于携带3100kg推进剂的15年寿命卫星来说,需要预留93kg推进剂作为混合比偏差的余量。如果卫星推进系统具备了在轨主动控制混合比的能力,将混合比偏差控制在1%以内,只需预留31kg推进剂作为混合比偏差余量即可,这样就能够节省62kg推进剂,相当于卫星1年多的寿命。此外,如果混合比偏离设计值,将会造成一种推进剂消耗完而另一种推进剂还有剩余的情况,这不仅仅是浪费推进剂,而且无法使用的推进剂相当于增加了航天器的重量,还得消耗更多的推进剂。例如混合比偏差较大,达到了3%的情况下,卫星寿命末期就会有57kg的氧化剂或36kg的燃烧剂无法使用,那么为了将这些无用的推进剂送到轨道,已经消耗了与其质量相当的推进剂,综合起来,相当于浪费了114kg推进剂。

对于并联贮箱结构的推进系统来说,一个重要的问题是推进剂平衡排放能力。若两只并联贮箱的推进剂排放不平衡,则当一只贮箱内推进剂排空后,再继续就会把贮箱内的气体排出,使得推进剂管道中的推进剂夹气,推力器和发动机无法工作,卫星寿命结束。而且另一只贮箱内剩余推进剂就会成为呆重,不仅无法使用,还会导致额外浪费推进剂。对于携带推进剂3000kg的卫星来说,每只贮箱内加注量为934kg氧化剂或566kg燃烧剂,若贮箱并联排放的不平衡率为3%,到卫星寿命末期会有28kg氧化剂和17kg燃烧剂成为呆重,还要额外消耗45kg推进剂将这些呆重(推进剂)送到卫星轨道。若能够将贮箱并联平衡排放指标控制到1%以内,综合起来就能够节省约60kg推进剂。此外,若并联贮箱排放不平衡,将导致卫星质心偏斜,严重时可导致变轨发动机点火时姿态无法控制。

典型的航天器用并联贮箱结构双组元推进系统的系统配置如图1所示,4只推进剂贮箱统一由机械减压气路供气。并联贮箱的平衡排放只能由贮箱下游的管路流阻实现被动控制,系统混合比也只能通过在减压气路上配置压降相近的单向阀来实现被动控制,整个推进系统无主动控制系统混合比和贮箱并联平衡排放的能力。

发明内容

本发明的解决问题:克服现有技术的不足,提供一种高效利用双组元推进剂的方法,在提高剩余推进剂测量精度的基础上,实现对并联贮箱平衡排放和系统混合比的主动控制,大幅提高推进剂利用效率。

本发明的技术解决方案:一种高效利用双组元推进剂的方法,在气瓶(1)和每组元推进剂贮箱(8)之间用气体旁路(11)连接,所述气体旁路(11)由2只自锁阀(7)和1只气容(13)连接而成,气容(13)处于2只自锁阀(7)之间。

为提高气体旁路(11)的可靠性,在气体旁路(11)两端增加第一常开电爆阀(12)或常闭电爆阀(14),起到故障隔离作用。

为避免2种组元的推进剂蒸汽通过气体旁路(11)在上游相遇而发生爆炸,在2个气体旁路(11)的之间设置第二常开电爆阀(15),在使用气体旁路(11)前启爆该第二常开电爆阀(15),将2组气体旁路(11)的连接断开,并且把气瓶(1)分为2组,分别与2个气体旁路(11)连接,并通过气体旁路(11)分别给每种组元的推进剂贮箱(8)供气。

为了能够在地面上对气体旁路(11)性能进行测试,在气体旁路(11)上游设置加排阀(3)

本发明与现有技术相比的优点在于:本发明实现了对剩余推进剂的精确测量以及对并联贮箱平衡排放和系统混合比的主动控制,大幅提高推进剂利用效率,并且还能够作为机械减压支路的功能备份,消除系统单点故障,提高系统可靠性。具体如下:

1、精确测量剩余推进剂。通过气体旁路(11),可以将气瓶(1)内的高压气体以精确的体积注入到推进剂贮箱(8)内,利用压力传感器(2)精确测量注入前后气瓶(1)和推进剂贮箱(8)的压力,根据气体状态方程即可精确计算出每只推进剂贮箱(8)内气体和液体的体积。剩余推进剂精确测量是为了获得当前系统混合比和并联贮箱平衡排放情况,制定后续的控制目标。

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