[发明专利]基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法，包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

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技术领域，特别地，涉及一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法。

背景技术

贮箱推进剂剩余量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。

为获得更准确的测量结果，相关学者提出了利用声腔共振的方法进行体积测量，现有的声腔共振测量体积的装置需要声源装置产生声波，通过设置不同的声波频率通过待测腔体，然后通过声波换能器对信号进行接收，经过一系列的方法获得共振频率。在航天推进系统中，贮箱采用金属加工，贮箱上开有必备的管路结构与外界进行推进剂传输。若利用现有的声腔共振测量体积的装置需要在贮箱上端开设一个用于与高压气体接触的孔，鉴于航天推进系统的安全性等因素，要求测量测量尽可能不额外添加设备以及开孔，导致现有的声腔共振测量体积的装置很难应用于航天推进系统中贮箱内推进剂剩余量测量。

发明内容

本发明提供了一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置及测量方法，以解决现有的声腔共振测量体积的装置很难应用于航天推进系统中贮箱内推进剂剩余量测量的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于流激共振的贮箱内推进剂剩余量测量装置，包括用于激发贮箱内气腔产生共振的激励系统、用于采集气腔共振时的共振信号的信号采集系统以及用于根据信号采集系统采集的信号进行分析和处理的信号处理系统，贮箱的入口与推进剂管路系统连通，激励系统通过向推进剂管路系统内输送气流，从而使气流通过贮箱的入口处时贮箱内气腔产生流激共振，通过信号采集系统对贮箱内气腔流激共振时产生的共振信号进行采集并将共振信号转换为数字信号，进而通过信号处理系统对数字信号进行分析和处理后获得贮箱内气腔流激共振时的共振频率并根据共振频率和贮箱的结构特性确定贮箱内推进剂剩余量。

进一步地，信号采集系统包括粘附于贮箱外壁面上的用于采集贮箱内共振信号的声波换能器以及用于将声波换能器采集的共振信号转换为数字信号的数据采集模块，数据采集模块分别与声波换能器和信号处理系统连接，从而将共振信号转换为数字信号并传输至共振信号处理系统进行分析和处理。