一种适用于双组元推进系统的工作点确定方法

文献发布时间：2023-06-19 12:10:19

技术领域

本发明涉及一种适用于双组元推进系统的工作点确定方法。

背景技术

目前采用双组元推进系统的卫星，绝大部分都分为两种工作模式，恒压模式和落压模式。卫星在转移轨道和中间轨道的变轨机动期间一般采用恒压工作模式，在该模式下，贮箱内的压力依靠增压气路提供的氦气来维持，并为发动机或推力器供给一定压力的推进剂。

推进剂从贮箱流出，经过自锁阀、过滤器、电爆阀等阀门及管路，才最终流入发动机和推力器。为了保证发动机和推力器的入口压力在允许的工作压力范围内，需要对贮箱至发动机及推力器间的氧燃流阻匹配性进行分析，并确定贮箱的工作压力。因此，在推进系统设计初期，往往需要进行复杂的全系统仿真，以评估系统方案的正确性。

如果仅依靠理论模型，因为涉及的管阀件众多，且流动机理复杂，仿真的计算效率和精度十分有限。如果仿真误差较大，氧燃匹配性不符合要求，那么一方面会严重影响系统的推进剂利用率，造成推进剂的浪费，影响整星的寿命。如果工作点设置不合理，超出发动机和推力器的工作压力范围，则会严重影响发动机和推力器的性能，甚至可能导致发动机和推力器烧坏，影响整星的正常任务。因此，需要更便捷、可靠的手段来支持双组元推进系统的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于双组元推进系统的工作点确定方法，该方法基于真实推进剂下的部件性能试验数据，通过对工作点输出和调平流阻的双参数寻优，可快速确定推进系统的工作点。

本发明所采用的技术方案是：一种适用于双组元推进系统的工作点确定方法，包括如下步骤：

(1)通过地面真实推进剂下的流阻试验，测量得到管阀件V

其中，V

(2)结合步骤(1)中直管V

(3)消除管阀件接头的流阻误差，得到实际的管阀件流阻关系式；

ΔP

(4)结合地面气路联试数据(包括减压器的输出压力、单向阀的输出压力及输出流量)，获得不同气瓶压力下的减压器和单向阀输出关系式；

式中，系数k

(5)设置待调参数a

(6)由步骤(4)的不同气瓶压力下的减压器和单向阀输出关系式，得到当前氧单向阀输出压力p

其中，步骤(4)中的气瓶输出压力p

(7)根据步骤(6)的当前氧单向阀输出压力p

其中，管阀件的氧化剂流量Q

(8)根据步骤(7)的当前发动机的入口氧化剂压力p

发动机氧化剂流量Q

式中，系数a

(9)如果当前发动机氧化剂流量Q

如果当前发动机氧化剂流量Q

(10)以发动机入口压力偏差最小及p

利用NSGA-II算法，求解出双组元推进系统的待调参数a

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的适用于双组元推进系统的工作点确定方法，通过对工作点输出和调平流阻的双参数寻优，获取最终的系统设计点，有益于推进系统的初期设计，提高系统的设计可靠性，保证后续的推进系统在轨性能；

(2)本发明的方法基于真实推进剂/氦气下的部件性能试验数据，无需构建复杂的数学理论模型，避免了理论误差，方法快速有效，操作简单易行，可大幅度提高数值仿真的灵活性与可靠性；

(3)本发明的方法通用性强，不仅模块间可自由组合，而且模型库可随时补充，适用于常规的双组元推进系统设计，具有广泛的应用价值和推广前景。

附图说明

图1是双组元推进系统的结构图；

图2是本发明中的适用于双组元推进系统的工作点确定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例中的双组元推进系统的结构图，如图1所示，典型的双组元推进系统包括气瓶He1、He2、He3，氧化剂贮箱OX，燃烧剂贮箱FU，减压器PR，单向阀CV1、CV2，发动机LAE，姿控推力器RCT，常闭电爆阀PV1、PV2，加排阀MV1及气体试验接口TP1、TP2、TP3。

气瓶He1、He2、He3用于存储高压气体(通常是氦气)。贮箱OX用于存储氧化剂和氦气，贮箱FU用于存储燃烧剂和氦气。推进剂贮箱OX、FU均包括进出气口和进出液口，进出气口位于顶部，进出液口位于底部。气瓶He1、He2、He3与贮箱OX、FU之间安装减压器PR、氧单向阀CV1和燃单向阀CV2，减压器PR用于给气瓶流向贮箱的氦气减压，单向阀CV1、CV2用于防止推进剂贮箱OX、FU内的推进剂蒸汽反向扩散到减压器下游的交汇点，避免发生爆炸危险。加排阀MV1安装在减压器PR入口，用于地面气路测试时，提供高压氦气。气体试验接口TP1、TP2、TP3分别安装在减压器PR、单向阀CV1、单向阀CV2的出口，用于地面测试时，测量减压器和单向阀的输出压力及流量。推进剂贮箱OX、FU下游分别安装常闭电爆阀PV1、PV2，用于贮箱与发动机和推力器之间的隔离。发动机LAE和姿控推力器RCT用于给航天器提供机动所需的推力。

如图2所示，一种适用于双组元推进系统的工作点确定方法，包括如下步骤：