一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法技術

一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法：(1)連接衛星推進劑加注管路，確認加注管路系統的漏率滿足要求；(2)對兩個并聯貯箱同時充放氦氣進行置換，直至取樣氣體化驗合格；(3)將推進劑加注管路及并聯貯箱下游的管路抽真空；(4)將推進劑充滿至并聯貯箱的加排閥閥口處；(5)對并聯貯箱同時進行平穩加注，直至完成額定加注量的90％或以上；(6)對并聯貯箱進行再加注，直至單個貯箱中的加注量均滿足任務要求；(7)向貯箱內加氣墊至要求的氣墊壓力。本方法可實現大容量半管理式表面張力貯箱的并聯平衡加注，縮短并聯貯箱推進劑加注時間，保證衛星加注過程的可靠性和安全性。

Large capacity semi management type surface tension storage tank parallel balancing filling method

A large capacity management half surface tension tank parallel balance filling method: (1) is connected with the satellite propellant injection pipeline, the leakage rate of filling pipeline system that meets the requirements; (2) of the two parallel tank and discharge helium replacement, until the gas sampling qualified; (3) the line downstream of the propellant filling pipeline and parallel tank vacuum pumping; (4) will be full to the propellant tank with parallel exhaust valve valve opening; (5) at the same time smooth filling to parallel tank, until the completion of rated filling rate of 90% or more; (6) re filling of parallel tank, filling quantity until a single tank can meet the mission requirements; (7) and to request to the air cushion pressure tank. The method can realize the parallel balancing filling of the large capacity semi management type surface tension tank, shorten the filling time of the parallel tank propellant, and guarantee the reliability and safety of the filling process of the satellite.

【技術實現步驟摘要】
一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法
本專利技術涉及一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，屬于航天器推進技術，適用于采用大容量半管理式表面張力貯箱的航天器推進系統。
技術介紹
對于并聯貯箱結構的衛星雙組元推進系統來說，一個重要的問題是推進劑平衡排放能力，即并聯貯箱內剩余的推進劑量要保持一致。若兩只并聯貯箱的推進劑排放不平衡，則當一只貯箱內推進劑排空后，再繼續就會把貯箱內的氦氣排出，使得推進劑管道中的推進劑夾氣，推力器和發動機無法工作，衛星壽命結束，而且另一只貯箱內剩余推進劑就會成為呆重，無法使用。對于攜帶推進劑3000kg的衛星來說，當貯箱并聯排放的不平衡率由3％降低到1％時，能夠節省約60kg推進劑。此外，若并聯貯箱排放不平衡，將導致衛星質心偏斜，嚴重時可導致變軌發動機點火時姿態無法控制。因此，對于并聯貯箱結構的衛星平臺來說，并聯貯箱的推進劑平衡排放問題是必須要解決的。而保證平衡排放問題的前提是必須保證并聯貯箱內的推進劑加注量是平衡的。大容量半管理式表面張力貯箱在進行推進劑加注時，通過一個液加排閥同時向兩個貯箱中加注推進劑，兩個貯箱液路連通，理論上能夠自平衡。但是在兩燃燒劑貯箱上下游管路布局的非對稱性、自鎖閥和貯箱產品的流阻個體差異、貯箱安裝和形變差異、加注過程貯箱溫度和背壓差異等諸多因素的共同影響下，很難保證加注過程中兩個并聯貯箱內加注量的一致性。雖然通過靜置的方法可以最終實現并聯貯箱內加注量的平衡，但是對于容積越大的并聯貯箱需要耗費的時間也越長，這對于發射場加注來說通常是不能接受的。此外，由于衛星貯箱采用半管理式網式貯箱，推進劑只能一次性加注進入，而且由于貯箱體積較大，因此兩個并聯貯箱的位置通常距離較遠，如果兩并聯貯箱內加注量相差較大會導致衛星質心偏心，質心偏心過大會使推進劑加注過程變得不可控，而推進劑具有易燃、易爆、有毒等特點，稍有差錯就會危及衛星的安全，危及人員、廠房的安全。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題為：克服現有技術不足，提供一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注的方法，實現并聯貯箱中單個貯箱推進劑加注量的可測性，對加注量有較高的控制精度，簡化推進劑加注流程，縮短加注時間，加注過程衛星質心穩定。本專利技術的技術解決方案為：一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，步驟如下：(1)將加排閥MV1連接地面加注設備的氦氣加注管路，加排閥MV2連接地面加注設備的推進劑加注管路和真空泵，對管路連接點進行檢漏，確認管路連接點的漏率滿足要求；(2)打開自鎖閥LV1、LV2，通過加排閥MV1對兩個并聯貯箱Tank1和Tank2進行先填充后泄放氦氣的操作，泄放氦氣的過程中對泄放出的氣體進行取樣和化驗，直至取樣氣體化驗結果符合設定的指標為止；(3)關閉地面加注設備的推進劑加注管路，用真空泵將加排閥MV2至自鎖閥LV3和LV4之間的管路抽真空，直至該段管路內的真空度滿足要求為止，關閉真空泵；(4)打開地面加注設備的推進劑加注管路，將加注設備推進劑加注管路至加排閥MV2之間形成的管路內充滿推進劑，記錄此狀態下的衛星總質量和質心位置，作為衛星推進劑加注量測量的零點；(5)打開加排閥MV2，星上計算機向自鎖閥LV3、LV4發指令打開并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，從貯箱進出液口對貯箱Tank1和Tank2進行平穩加注，直至完成額定加注量的90％或以上，關閉加注設備推進劑加注管路，通過衛星質心測試臺測量貯箱Tank1和Tank2內推進劑總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2內推進劑加注量；(6)打開加注設備推進劑加注管路，對貯箱Tank1和Tank2進行再加注，直至貯箱Tank1和Tank2總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2中的加注量均達到額定加注量，關閉并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，關閉MV2；(7)從加排閥MV1同時向貯箱Tank1和Tank2內充入氦氣直至貯箱內的壓力達到要求。步驟(2)中貯箱Tank1、Tank2內氦氣置換方法為：用化驗合格的氦氣同時充入貯箱Tank1和Tank2，充到一定壓力后進行氦氣放氣操作，在放氣過程中進行氣體取樣，對取樣氣體進行化驗，如化驗合格則進行步驟(3)，若化驗不合格則重復進行充放氦氣和氣體取樣的操作直至取樣氣體化驗合格為止。所述的步驟(5)中貯箱進行平穩加注方法為：根據所使用的貯箱允許的加注流量控制要求，根據加注量的不同設置兩個以上的流量階段進行加注，以保證加注過程的平穩；同時，通過衛星質心測試臺測量并聯貯箱Tank1和Tank2內推進劑總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2內推進劑加注量，當并聯貯箱Tank1和Tank2內加注量相差較大時，暫停加注，進行靜置，直至并聯貯箱Tank1和Tank2內加注量滿足平衡要求后再繼續加注，直至加注量達到額定加注量的90％或以上。所述的步驟(5)中通過衛星質心測試臺測量單個貯箱Tank1、Tank2內推進劑加注量的方法為：步驟(4)中通過衛星質心測試臺測量得到衛星推進劑加注量測量零點時衛星的質量和質心初始參數矩陣a0＝[m0，X0，Y0]，加注過程中某時刻t實時測量得到衛星的質量和質心實時參數矩陣at＝[mt，Xt，Yt]，則該時刻下單個貯箱Tank1和Tank2內推進劑加注量計算方法如下：其中，mt為衛星質心測試臺測量得到的衛星的質量，(Xt，Yt)為衛星質心測試臺測量得到的衛星本體坐標系水平方向的質心位置坐標；Δm1和Δm2分別為貯箱Tank1和Tank2內的推進劑加注量，(X1，Y1)和(X2，Y2)分別為貯箱Tank1和Tank2在衛星本體坐標系水平方向的位置坐標。所述的步驟(6)中并聯貯箱Tank1和Tank2進行推進劑再加注方法為：根據步驟(5)中通過衛星質心測試臺測量得到的每個并聯貯箱內推進劑加注量Δm1和Δm2，計算得到每個貯箱為達到額定加注量需再加注的推進劑量，逐一對貯箱Tank1、Tank2進行再加注，直至貯箱Tank1和Tank2內的單箱推進劑加注量和總加注量均達到額定加注量為止；其中，單個貯箱再加注方法如下：設置該需要再加注的貯箱液路對應的自鎖閥LV3或LV4為開啟狀態，另一貯箱液路對應的自鎖閥LV3或LV4為關閉狀態，根據單個貯箱允許的加注流量要求設置加注流量，對該貯箱進行再加注，直至再加注量達到該貯箱需再加注的推進劑量為止，關閉該需要加注的貯箱液路對應的自鎖閥。本專利技術與現有技術相比的優點在于：(1)本專利技術可以通過衛星加注過程衛星質心測試測量得到的衛星質量和質心計算得出該時候每個并聯貯箱的推進劑加注量，實現推進劑總加注量和單個貯箱內加注量的實時顯示，便于對推進劑加注過程的并聯平衡情況進行實時監測，當并聯貯箱內推進劑加注量相差較大時，可及時采取處理措施，確保加注過程的安全性；(2)本專利技術采用并聯貯箱同時加液和加氣的方法，加注流程相對簡化，可大幅縮短加注時間，并可減少并聯貯箱氣口和液口自鎖閥的開關次數，加注過程衛星質心基本無變化，可避免加注過程衛星質心偏心問題；(3)本專利技術通過再加注的方法，將并聯貯箱逐個加至要求的加注量，可實現單個貯箱內加注量和推進劑總加注量的精確控制，確保衛星起飛狀態下并聯貯箱內的推進劑處于平衡狀態，為后續在軌并聯貯箱的平衡排放提供保障；(4)本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，其特征在于步驟如下：(1)將加排閥MV1連接地面加注設備的氦氣加注管路，加排閥MV2連接地面加注設備的推進劑加注管路和真空泵，對管路連接點進行檢漏，確認管路連接點的漏率滿足要求；(2)打開自鎖閥LV1、LV2，通過加排閥MV1對兩個并聯貯箱Tank1和Tank2進行先填充后泄放氦氣的操作，泄放氦氣的過程中對泄放出的氣體進行取樣和化驗，直至取樣氣體化驗結果符合設定的指標為止；(3)關閉地面加注設備的推進劑加注管路，用真空泵將加排閥MV2至自鎖閥LV3和LV4之間的管路抽真空，直至該段管路內的真空度滿足要求為止，關閉真空泵；(4)打開地面加注設備的推進劑加注管路，將加注設備推進劑加注管路至加排閥MV2之間形成的管路內充滿推進劑，記錄此狀態下的衛星總質量和質心位置，作為衛星推進劑加注量測量的零點；(5)打開加排閥MV2，星上計算機向自鎖閥LV3、LV4發指令打開并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，從貯箱進出液口對貯箱Tank1和Tank2進行平穩加注，直至完成額定加注量的90％或以上，關閉加注設備推進劑加注管路，通過衛星質心測試臺測量貯箱Tank1和Tank2內推進劑總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2內推進劑加注量；(6)打開加注設備推進劑加注管路，對貯箱Tank1和Tank2進行再加注，直至貯箱Tank1和Tank2總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2中的加注量均達到額定加注量，關閉并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，關閉MV2；(7)從加排閥MV1同時向貯箱Tank1和Tank2內充入氦氣直至貯箱內的壓力達到要求。...

【技術特征摘要】
1.一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，其特征在于步驟如下：(1)將加排閥MV1連接地面加注設備的氦氣加注管路，加排閥MV2連接地面加注設備的推進劑加注管路和真空泵，對管路連接點進行檢漏，確認管路連接點的漏率滿足要求；(2)打開自鎖閥LV1、LV2，通過加排閥MV1對兩個并聯貯箱Tank1和Tank2進行先填充后泄放氦氣的操作，泄放氦氣的過程中對泄放出的氣體進行取樣和化驗，直至取樣氣體化驗結果符合設定的指標為止；(3)關閉地面加注設備的推進劑加注管路，用真空泵將加排閥MV2至自鎖閥LV3和LV4之間的管路抽真空，直至該段管路內的真空度滿足要求為止，關閉真空泵；(4)打開地面加注設備的推進劑加注管路，將加注設備推進劑加注管路至加排閥MV2之間形成的管路內充滿推進劑，記錄此狀態下的衛星總質量和質心位置，作為衛星推進劑加注量測量的零點；(5)打開加排閥MV2，星上計算機向自鎖閥LV3、LV4發指令打開并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，從貯箱進出液口對貯箱Tank1和Tank2進行平穩加注，直至完成額定加注量的90％或以上，關閉加注設備推進劑加注管路，通過衛星質心測試臺測量貯箱Tank1和Tank2內推進劑總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2內推進劑加注量；(6)打開加注設備推進劑加注管路，對貯箱Tank1和Tank2進行再加注，直至貯箱Tank1和Tank2總加注量及單個貯箱Tank1、Tank2中的加注量均達到額定加注量，關閉并聯貯箱液路自鎖閥LV3和LV4，關閉MV2；(7)從加排閥MV1同時向貯箱Tank1和Tank2內充入氦氣直至貯箱內的壓力達到要求。2.根據權利要求1所述的一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，其特征在于：步驟(2)中貯箱Tank1、Tank2內氦氣置換方法為：用化驗合格的氦氣同時充入貯箱Tank1和Tank2，充到一定壓力后進行氦氣放氣操作，在放氣過程中進行氣體取樣，對取樣氣體進行化驗，如化驗合格則進行步驟(3)，若化驗不合格則重復進行充放氦氣和氣體取樣的操作直至取樣氣體化驗合格為止。3.根據權利要求1所述的一種大容量半管理式表面張力貯箱并聯平衡加注方法，其特征在于：所述的步驟(5)中貯箱進行平穩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李湘寧，王淑君，馬云華，何鳴，劉榮春，王賀，林星榮，王猛杰，梁軍強，李永，王國超，白建軍，楊曉紅，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11