[发明专利]主动调节卫星双组元推进系统并联贮箱平衡排放的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动调节卫星双组元推进系统并联贮箱平衡排放的方法，适用于卫星双组元推进系统的并联贮箱平衡排放控制。

背景技术

对于并联贮箱结构的卫星双组元推进系统来说，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氦气排出，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，无法使用。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。若能够将贮箱并联排放的不平衡率控制到1％，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。因此，对于并联贮箱结构的卫星平台来说，并联贮箱的推进剂平衡排放问题是必须要解决的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述不足，提供主动调节卫星双组元推进系统并联贮箱平衡排放的方法，该方法基于可主动调节并联贮箱平衡排放的推进系统实现，根据并联贮箱平衡排放目标计算出每只贮箱的压力控制目标，达到既调节并联贮箱平衡排放，又不影响系统混合比的效果。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

主动调节卫星双组元推进系统并联贮箱平衡排放的方法，包括如下步骤：

(1)建立卫星双组元推进系统的仿真计算模型，设定气瓶和贮箱初始压力和温度，以及贮箱内推进剂的质量，其中两只氧化剂贮箱初始压力记为pto1、pto2，两只燃烧剂贮箱初始压力记为ptf1、ptf2；

(2)设置卫星双组元推进系统中两只氧化剂贮箱压差dpo为自变量，使用推进系统仿真计算模型求解以dpo为自变量的氧化剂贮箱平衡排放比yc₁；

(3)设置氧化剂贮箱并联排放目标值yo，并设置目标函数J(dpo)＝|yc₁-yo|，基于步骤(2)使用单变量寻优算法求解令J(dpo)＝0的最优解dpo1；

(4)设置卫星双组元推进系统中两只燃烧剂贮箱压差dpf为自变量，使用推进系统仿真计算模型求解以dpf为自变量的燃烧剂贮箱平衡排放比yc₂；

(5)设置燃烧剂贮箱并联排放目标值yf，并设置目标函数J(dpf)＝|yc₂-yf|，基于步骤(4)使用单变量寻优算法求解令J(dpf)＝0的最优解dpf1；

(6)在推进系统仿真计算模型中再次设置气瓶和贮箱的初始压力和温度，以及贮箱内推进剂的质量，其中两只氧化剂贮箱的初始压力记为pto1’、pto2’，两只燃烧剂贮箱的初始压力记为ptf1’、ptf2’，之后使用推进系统仿真模型求解以下参数：本次变轨的混合比r0，氧化剂贮箱下游交汇处压力po0，燃烧剂贮箱下游交汇处压力pf0；

(7)设置目标混合比数据r1，若当前混合比r0小于目标混合比r1，执行步骤(8)，否则执行步骤(11)；

(8)设置氧化剂贮箱下游交汇处压力po为自变量，调用推进系统仿真计算模型求解以po为自变量的系统混合比rc；

(9)设置目标函数J(po)＝|rc-r1|，基于步骤(8)使用单变量寻优算法求解令J(po)＝0的最优解po1；

(10)输出氧化剂贮箱目标压力ptoA、ptoB和燃烧剂贮箱目标压力ptf1’、ptf2’，其中氧化剂贮箱目标压力ptoA＝pto1’+(po1-po0)，ptoB＝pto2’+(po1-po0)；

(11)设置燃烧剂贮箱下游交汇处压力pf为自变量，调用推进系统仿真计算模型求解以pf为自变量的系统混合比rc；

(12)设置目标函数J(pf)＝|rc-r1|，基于步骤(11)使用单变量寻优算法求解令J(pf)＝0的最优解pf1；

(13)输出氧化剂贮箱目标压力pto1’、pto2’和燃烧剂贮箱目标压力ptfA、ptfB，其中燃烧剂贮箱目标压力ptfA＝ptf1’+(pf1-pf0)，ptfB＝ptf2’+(pf1-pf0)。

在上述主动调节卫星双组元推进系统并联贮箱平衡排放的方法中，步骤(6)中两只氧化剂贮箱的初始压力pto1’、pto2’通过如下方法得到：