一种测量卫星液体推进剂的组合方法

提出并讨论了一种实现在轨卫星液体推进剂剩余量高精度测量的原理性方法。该方法基于推进剂消耗产生的自激励效应,利用配置在贮箱上的温度、压力传感器和推进剂管路上的流量计等数据测量设备,即可进行推进剂剩余量测量。     

基于并联贮箱结构的卫星推进剂剩余量测量方法

星上推进系统推进剂剩余量测量是卫星在轨管理的重要工作,事关卫星剩余寿命估计和离轨时机的选择,对于提高卫星效率具有重大的意义．中国现有的推进剂剩余量计算方法只适用于传统的双贮箱结构,不适用于桁架式卫星平台的多贮箱并联结构,为此必须开发新的计算方法,同时提高计算精度．比较多种推进剂剩余量测量方法,重点论述两种可用于并联贮箱结构的测量方法．     

小管径高精度超声波流量计设计

航天器推进剂在轨剩余量测量一直是航天器在轨管理所面临的一个难题.提出采用超声波流量计测量推进剂在轨剩余量的方法,并给出了超声波流量计的设计方案.设计的新型超声波流量计结构,通过改变超声换能器的安装方式,从而延长了超声波传播路径,减少了传播过程中超声波的衰减.通过以单片机和FPGA为主控制器、以高精度时间测量芯片作为数据采集模块的流量计软硬件系统实现了超声波流量计对液体流量的高精度测量.通过恒速测试、交变流速测试和总量测试表明,该系统测量精度达到了0.5%,可满足目前航天器推进系统推进剂剩余量的在轨测量要求.     

卫星液体推进剂剩余量测量地面模拟试验

介绍了气体注入压力激励方法测量卫星液体推进剂剩余量地面模拟试验;给出了包括温度、压力变化特性,采样数据选择,试验结果等方面的详细情况;常规模型模拟测量结果表明,可以实现不确定度小于贮箱总体积１．０％的高精度测量。     

卫星液体推进剂剩余量测量的热力学模型及其应用

通过对气体注入压力激励法测量卫星液体推进剂剩余量装置系统的详细热力学过程分析,建立了能满足实际测量需求的等温和绝热两种热力学模型,对具体测量模型的选用及相关问题进行了分析讨论,并在此基础上给出了两种模型在实际测量中的应用模式。     

热容法测量推进剂剩余量的地面试验

摘要： 热容法作为一种新的推进剂剩余量测量方法,由于具有实施方便、测量精度高等优点,适用于卫星在轨寿命末期的推进剂测量.为了验证热容法的可行性,考察热容法的测量精度,并对星上热容法方案给出实施建议,对某贮箱进行了热容法试验验证研究.在不同加热工况下,对不同试液装填量进行试验,采集不同测温点的热响应数据,通过对试验数据的分析,得出了热容法的测量精度,验证了热容法的可行性,并且提出了具体的实施建议,为热容法的后续在轨应用提供参考.     

运载火箭末子级推进剂钝化技术综述

正运载火箭末子级推进剂钝化是指通过排空剩余推进剂,减小火箭末子级在轨解体的可能性。对运载火箭末子级推进剂进行钝化是减少空间碎片的重要措施。通过分析各种火箭末子级剩余推进剂排放方案的技术特点,总结提炼出剩余推进剂排放方案设计原则,能为后续新型运载火箭的研制提供技术参考。     

基于热敏电阻的气体温度测量误差分析

挤压气体内部温度的精确测量对确定贮箱内推进剂剩余量和提高氧化剂和燃烧剂的混合比控制精度有重要意义.提出了一种基于热敏电阻的矢量测温方法,通过测量气瓶壁面温度推算气体内部真实温度,分析温度电阻非线性特性、温度—电压处理电路、A/D采样非线性等因素导致的温度测量误差,最终获得系统自身的温度采集误差,在此基础上分析了影响此误差的主要因素.最后分析了外界干扰引起的测量噪声对温度测量的影响,并采用小波降噪的方法对此进行降噪处理,使温度测量精度得到较大改善,并最终确定了内部气体温度的测量误差.     

结合多种剩余推进剂测量方法的应用研究

基于＂十一五＂期间对多种航天器剩余推进剂测量方法的研究成果,分析了气体注入（压力激励）法、超声波流量计法、加速度计法、热容法以及压力-体积-温度（PVT）法和簿记（BK）法的适用范围,对这些剩余推进剂测量方法在航天器整个寿命期间不同时期的应用方案进行了研究,提出了3种典型的测量方法组合方案和应用策略.     

基于剩余推进剂估算的卫星寿命预测方法

针对地球静止轨道卫星在轨寿命问题,提出了通过星上液体剩余推进剂计算分析卫星在轨寿命的方法,研究了工程中影响卫星在轨寿命的因素,给出了适用于工程的卫星寿命预测方法,并通过工程进行了验证.      

μ-PPT等离子体电子密度氢光谱诊断技术

为了能够表征推进剂烧蚀产物的有效加速度及推进剂利用率,需要更准确地测量等离子电推力器(PPT)内等离子体的基础状态参数(电子密度、电子温度),提出了基于光谱线Stark加宽分析,提高PPT放电通道内等离子体电子密度诊断精度的一种方法。针对来自于推进剂的C原子谱线,测量线型函数和半高全宽(FWHM),可以计算电子密度,但要求等离子体电子密度需足够高。当电子密度低于10~(16)cm~(-3),此方案的测量可靠性便显著降低。为此,提出了通过向放电空间引入微量含氢气体作为示踪剂,测量H原子谱线线型和半高全宽进而诊断电子密度的技术方案。相比于C原子谱线诊断方案,氢方案可以大幅度提高电子密度测量下限至10~(13)cm~(-3),因此能够显著改进电子密度测量准确性和可靠性。     

凝胶推进剂粘度计现场校准装置研究

通过对液体火箭发动机凝胶推进剂粘度计开展现场校准装置的研究，论述了基于振动法的凝胶模拟液加载装置的结构设计和安装方式，重点阐述了液体火箭发动机凝胶推进剂在线粘度计现场校准的工艺流程，通过测试试验获得了凝胶推进剂的压力/温度——粘度的流变数据及规律，并确定了现场校准测量装置的测量不确定度。     

贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真

为研究贮箱内低温推进剂相变对推进剂温度和贮箱压力的影响,对贮箱内的传热传质过程进行了仿真.仿真涉及的物理过程包括贮箱与外界环境的换热、推进剂的自然对流、推进剂与贮箱内壁面的换热以及低温推进剂的相变过程等.根据热力学平衡原理建立了低温推进剂相变模型,使用CFD(Computational Fluid Dynamic)方法对处于地面常压停放状态的液氢贮箱进行了450 s的仿真.研究表明随着贮箱壁面传热过程的稳定,推进剂的温度分布、流动状态以及相变情况会趋于稳定;通过仿真获得了推进剂单位时间的汽化量;影响相变的主要因素是贮箱壁面漏热以及推进剂自身的对流运动.     

放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响

利用试验和数值模拟相结合的方法研究6 cm Kaufman离子推力器放电电压和屏栅电压的变化对其工作性能的影响。试验中,离子推力器使用氩气作为推进剂,测量了多组不同工况下的性能参数。此外,基于Goebel的理论模型模拟了放电电压对束流电流和推进剂利用率的影响;采用单元内粒子 蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC方法模拟屏栅电压对束流电流、推进剂利用率和加速栅极电流的影响。试验和数值模拟结果一致,发现当放电电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定;当屏栅电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定,加速栅极电流先减小后趋于稳定。研究可以为提高多模式离子推力器的性能提供参考。     

剩余推进剂排放系统研究

论述中国首枚上面级火箭剩余推进剂排放方案论证 ,排放系统方案选择 ;提出中国专用排放系统方案 ,排放系统设计、研制与试验研究的全过程 ,为解决中国长征型号上面级火箭高空爆炸解体问题提供了技术基础     

失重条件下低温推进剂排放计算

针对CZ-3A系列运载火箭三子级低温贮箱内剩余推进剂排放问题,分别对排放过程中液氢和液氧低温推进剂沿2种不同排放管的流动进行了一维数值计算和分析.计算中认为在排放时沿管路压强降低,从而引起液体推进剂气化,并在管路的某个位置出现气固两相或者全部气化,在计算中,根据不同位置时推进剂的不同状态,分别采用液相、气液两相、气固两相及气相的物理数学模型和控制方程.计算得出了排放的出口参数及排放性能,认为液氢从通道1排放比较好,液氧从通道2排放比较好.为进一步进行排放研究提供了依据.      

基于测量确定性或诊断性参数对剩余使用寿命的判定

在测量确定性或诊断性参数基础上,介绍了发生故障前在使用寿命的扩散分布过程中对剩余寿命评估的方法。在使用中当不能测量寿命(确定性)参数,但能测量某些诊断性参数(一个或几个),而这些参数能间接的反映了项目寿命的消耗时,那么必须进行预先研究适应于寿命(确定性)参数极限值的诊断性参数极限值,然后就能按照使用中测量的诊断性参数来预测该项目的剩余使用寿命。在这种情况下提出了剩余使用寿命预测的数学模型。     

风云-4卫星推进系统提升我国航天器空间进入能力

正2016年12月11日,我国风云-4气象卫星发射成功,历经5次远地点变轨和2次近地点捕获后,于12月17日成功定点于105°(E)赤道上空,使我国成为继日本和美国后成功发射新一代静止轨道气象卫星的国家。作为新一代气象卫星的首发科研卫星,风云-4卫星采用了北京控制工程研究所设计的先进推进系统技术,能够实现推进系统的混合比调节和推进剂剩余量精确测量,是我国第一个真正实现在轨推进系统技术指标主动调节的     

基于光场成像的燃烧颗粒粒径与速度测量方法

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗粒场的重聚焦图像;进一步开展光场相机标定实验,获取深度与最佳重聚焦参数的关系曲线;利用图像分割算法对重聚焦图像中的颗粒进行识别和定位,获取燃烧颗粒的粒径大小,并结合三维粒子跟踪技术对颗粒的轨迹和速度进行重构;开展推进剂药条燃烧实验验证研究。结果表明：光场成像技术能够获得不同深度的颗粒信息,跟踪颗粒的动态燃烧过程,并实现对燃烧金属颗粒粒径与三维速度的同步测量。     

发动机内剩余推进剂排放对卫星表面污染的研究

应用真空物理的相关理论，分析了在高空超高真空环境中，发动机二次启动前推进剂排放及其在空中迁移的物理过程，给出模型假设和模拟方程，并针对此真空环境及物理过程应用合适的计算方法地方程进行求解。最后计算了推进剂的排放对卫星造成的污染，给出计算域内浓度变化的非定常过程及卫星表面不同时刻的最大污染量，为推进剂排放方案的实施与否提供理论依据。