[发明专利]基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置，在盛装有推进剂的贮箱的开口处设置与开口连通的管道，贮箱内推进剂的液面与贮箱的内壁围成声腔；该测量方法包括以下步骤：在管道的出口处提供具有第一强度的声波激励信号，以对声腔内气体形成线性扰动；检测声腔内回声信号的频谱，初步获得声腔的共振频率f₁；提供具有第二强度的声波激励信号，其中，第二强度大于第一强度，进而激励出声腔共振系统的非线性特征；检测声腔内相应回声信号的频谱，获得共振频率信号的谐波频率f₂；根据谐波频率f₂获得精确共振频率f₀；根据精确共振频率f₀获得贮箱内推进剂剩余体积V_liquid。本发明利用非线性共振引起的谐波倍频信号测量共振频率，可有效提高测量精度。

技术领域

本发明涉及航空航天贮箱内推进剂体积的非接触式测量领域，特别地，涉及一种基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置。

背景技术

贮箱推进剂剩余体积测量在航空航天领域具有重要的应用前景。在航空领域，飞机燃油油量测量系统性、可靠性、精确度、灵敏度、维护性对整体飞机性能而言有着举足轻重的作用，燃油量测量精度的提高意味着飞行经济效益的提高。例如，对于带100吨燃油的商用运输机而言，燃油量测量精度每提高1％，就能多带大约10位旅客和他们的行李。在航空业更加追求低成本和高效率的今天，燃油测量精度的每一点提高都是弥足可贵的。在航天领域，航天器液体推进剂量的多少直接关系到航天器的寿命和对航天器任务的安排，因此在航天执行任务期间，尽可能精确地估算出贮箱内推进剂量。此外，对于目前兴起的空间液体推进剂补给技术，液体推进剂量测量作为在轨加注检测技术研究的重要内容，决定了在轨加注的时机和需要加注的推进剂量；推进剂量的在轨检测结果，直接影响提供加注服务的航天器的选择和发射系统的反应时间。特别是针对“多对多”场景的在轨加注任务，即多个服务航天器对多个目标航天器实施在轨加注，推进剂量的精确检测结果可以作为在轨加注路径优化的输入量，为优化在轨加注路径提供可靠的参考。

传统测量方法中，PVT法、压力激励法以及体积激励法等三种方法均是测量气体体积。PVT法结构简单，费用低，但测量精度低，已远远不能满足航天任务对在轨航天器液体推进剂测量的高精度要求。压力激励法需要外部注入气体，结构较为复杂。体积激励法对测量压力变化的传感器的精确要求非常高。

发明内容

本发明提供了一种基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置，以解决现有测量方法测量精度低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法，在盛装有推进剂的贮箱的开口处设置与开口连通的管道，贮箱内推进剂的液面与贮箱的内壁围成声腔，贮箱与管道构成声腔共振系统；该测量方法包括以下步骤：

在管道的出口处提供具有第一强度的声波激励信号，以对声腔内气体形成线性扰动；

检测声腔内回声信号的频谱，初步获得声腔的共振频率f₁；

提供具有第二强度的声波激励信号，其中，第二强度大于第一强度，使得声腔共振系统的非线性特征表征明显；

检测声腔内相应回声信号的频谱，获得共振频率信号的谐波频率f₂；

根据谐波频率f₂获得精确共振频率f₀；

根据精确共振频率f₀获得贮箱内推进剂剩余体积V_liquid。

进一步地，管道的两端呈开放式，管道的长度为l，开口面积为S_n；