航天器推进系统轨控管路及其推进剂供应控制方法技术方案

本发明专利技术涉及航天器推进技术领域内的一种航天器推进系统轨控管路及其推进剂管理的方法，包括氧化剂贮箱、燃料贮箱、推进与控制交互器、轨控发动机、阀门、加热器、温度传感器、压力传感器、氧化剂轨控管道、燃料轨控管道以及控制器。本发明专利技术通过推进轨控管路阀门的开关状态进行判断，如出现了阀门开关故障问题，采取在轨补偿措施，尽可能保证氧化剂和燃料轨控管路流阻一致，减小了氧化剂和燃料管路阀门开关状态不一致对于推进系统轨控发动机的混合比精度，使得推进剂剩余量符合设计预期，为航天器实现在轨寿命提供保障。实现在轨寿命提供保障。实现在轨寿命提供保障。

【技术实现步骤摘要】
航天器推进系统轨控管路及其推进剂供应控制方法


[0001]本专利技术涉及航天发动机控制
，具体地，涉及一种航天器推进系统轨控管路及其推进剂供应控制方法，特别是针对航天器推进系统轨控管路并联阀门开关状态判断及故障处置的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着航天技术的不断发展，对航天器长寿命在轨提出了很高的要求。航天器的寿命很大程度决定于推进剂的剩余量，而推进剂的剩余量受到推进系统混合比的影响巨大。混合比即氧化剂消耗量/燃料消耗量。在混合比发生偏差较大的情况下，会造成双元推进系统一种推进剂提前耗尽，造成另一种推进剂过量剩余，导致航天器无法完成长寿命的在轨任务。而推进系统的混合比主要由轨控发动机的混合比决定，因此推进系统需要保证轨控发动机的混合比不能有大的偏差。一般为了保证轨控发动机关机后的泄露，会在系统轨控管路即轨控发动机的上游增加一个阀门来实现密封的双道冗余。又考虑到保证轨控管路能可靠沟通，通常设置并联2台阀门进行并联冗余管理轨控管路。但是由于氧化剂和燃料轨控管路均设置了两台阀门，如果其中氧化剂和燃料路各至多有一台阀门无法正常开关的情况发生，会对轨控管路的流阻造成很大影响，会导致轨控发动机入口的压力偏离额定值，导致轨控发动机的混合比发生较大偏差。因此需要设计一种方法在轨能够确定轨控管路阀门的开关状态，并对产生的故障工况提供在轨的补偿方法。
[0003]专利文献CN112648110A(申请号CN202011552380.1)专利文献公开了一种航天器轨控发动机上游设置并联阀门的方案，实现发动机阀门+系统阀门双重冗余密封的系统设计。专利文献CN110989707A(申请号：CN201911081695.X)公开了一种采用管路加温的方法实现系统管路压力的管理。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种航天器推进系统轨控管路及其推进剂供应控制方法。
[0005]根据本专利技术提供的一种航天器推进系统轨控管路，包括氧化剂贮箱、燃料贮箱、推进与控制交互器、轨控发动机、阀门、加热器、温度传感器、压力传感器、氧化剂轨控管道、燃料轨控管道以及控制器；
[0006]所述阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门以及第四阀门，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门以及所述第四阀门分别与所述推进与控制交互器电连接，所述推进与控制交互器用于控制所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门以及所述第四阀门的重启与，所述加热器包括第一加热器和第二加热器，所述温度传感器包括氧化剂轨控管道温度传感器和第二加热器，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及第四压力传感器；
[0007]所述氧化剂贮箱与所述轨控发动机通过所述氧化剂轨控管道连通，所述氧化剂轨
控管道通过并联设置的所述第一阀门和所述第二阀门控制开关，所述燃料贮箱与所述轨控发动机通过所述燃料轨控管道连通，所述燃料轨控管道通过并联设置的所述第三阀门和所述第四阀门控制开关，所述第一加热器附接于所述氧化剂轨控管道上用于加热，所述第二加热器附接于所述燃料轨控管道用于加热，所述氧化剂轨控管道温度传感器设于所述氧化剂轨控管道上用于检测温度，所述燃料轨控管道温度传感器设于所述燃料轨控管道上用于检测温度，所述第一压力传感器设于所述氧化剂贮箱的出口处，所述第二压力传感器设于所述轨控发动机的氧化剂进口处，所述第三压力传感器设于所述燃料贮箱的出口处，所述第四压力传感器设于所述轨控发动机的燃料进口处；
[0008]所述控制器根据是否存在故障阀门的信息，对位于所述氧化剂轨控管道上的所述第一阀门和所述第二阀门与位于所述燃料轨控管道上的所述第三阀门和所述第四阀门的阀门进行开关控制，以所述氧化剂轨控管道和所述燃料轨控管道上阀门开关数量相一致的方式进行推进剂供应。
[0009]本专利技术还提供了一种航天器推进系推进剂供应控制方法，采用所述的航天器推进系统轨控管路，包括如下步骤：
[0010]S1,阀门开关状态检测：在轨控管路充填时，通过对所述第一阀门和所述第二阀门的开启与关闭操作，以及所述第一加热器的加热操作，检测所述第一阀门与所述第二阀门两者中是否存在无法正常开启和关闭的故障阀门，并判定具体故障；通过对所述第三阀门和所述第四阀门的开启与关闭操作，以及所述第二加热器的加热操作，检测所述第三阀门与所述第四阀门两者中是否存在无法正常开启和关闭的故障阀门，并判定具体故障；如存在故障阀门则进入步骤S2,如不存在故障阀门则直接进入步骤S3；
[0011]S2，故障阀门处理：经步骤S1后，通过所述控制器发送指令对故障阀门重新设置处理后，再通过步骤S1进行重新检测判断，如故障阀门的故障仍然无法解除，则重启所述推进与控制交互器，然后再由所述控制器继续对故障阀门发送指令重新设置处理，并再次通过步骤S1进行重新检测判断，之后以故障消除或故障仍然存在的状态进入步骤S3；
[0012]S3，推进剂供应控制：所述控制器根据是否存在故障阀门的信息，对位于所述氧化剂轨控管道上的所述第一阀门和所述第二阀门与位于所述燃料轨控管道上的所述第三阀门和所述第四阀门的阀门进行开关控制，以所述氧化剂轨控管道和所述燃料轨控管道上阀门开关数量相一致的方式进行推进剂供应。
[0013]一些实施方式中，步骤S1中，判断所述第一阀门和所述第二阀门的开启状态和关闭状态均完好的操作步骤为：首先开启所述第一阀门，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的压力值相同，然后开启所述第二阀门并关闭所述第一阀门，通过所述第一加热器加热所述氧化剂轨控管道至设定值，加热过程中所述第二压力传感器与所述第一压力传感器的压力值保持一致，再关闭所述第二阀门与所述第一加热器，所述第二压力传感器的压力值逐步下降至预定值；
[0014]一些实施方式中，步骤S1中，判断所述第三阀门和所述第四阀门的开启状态和关闭状态均完好的操作步骤为：首先开启所述第三阀门，所述第三压力传感器和所述第四压力传感器的压力值相同，然后开启所述第四阀门并关闭所述第三阀门，通过所述第二加热器加热所述燃料轨控管道至设定值，加热过程中所述第四压力传感器与所述第三压力传感器的压力值保持一致，再关闭所述第四阀门与所述第二加热器，所述第四压力传感器的压
力值逐步下降至预定值。
[0015]一些实施方式中，步骤S1中，判定所述第一阀门无法正常开启且所述第二阀门能够正常开启和关闭的操作步骤为：首先开启所述第一阀门，所述第二压力传感器的压力数值无变化，然后开启所述第二阀门，所述第二压力传感器的压力值变为和所述第一压力传感器的压力值相同，再关闭所述第一阀门，通过所述第一加热器对所述氧化剂轨控管道加热至设定值，加热过程中所述第二压力传感器与所述第一压力传感器的压力值保持一致，最后关闭所述第二阀门与所述第一加热器，所述第二压力传感器的压力值缓慢下降至预定值；
[0016]一些实施方式中，步骤S1中，判定所述第三阀门无法正常开启且所述第四阀门能够正常开启和关闭的操作步骤为：首先开启所述第三阀门，所述第三压力传感器的压力数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器推进系统轨控管路，其特征在于，包括氧化剂贮箱(1)、燃料贮箱(2)、推进与控制交互器(3)、轨控发动机(4)、阀门(5)、加热器(6)、温度传感器(7)、压力传感器(8)、氧化剂轨控管道、燃料轨控管道以及控制器(11)；所述阀门(5)包括第一阀门(51)、第二阀门(52)、第三阀门(53)以及第四阀门(54)，所述第一阀门(51)、所述第二阀门(52)、所述第三阀门(53)以及所述第四阀门(54)分别与所述推进与控制交互器(3)电连接，所述推进与控制交互器(3)用于控制所述第一阀门(51)、所述第二阀门(52)、所述第三阀门(53)以及所述第四阀门(54)的重启与，所述加热器(6)包括第一加热器(61)和第二加热器(62)，所述温度传感器(7)包括氧化剂轨控管道温度传感器(71)和第二加热器(72)，所述压力传感器(8)包括第一压力传感器(81)、第二压力传感器(82)、第三压力传感器(83)以及第四压力传感器(84)；所述氧化剂贮箱(1)与所述轨控发动机(4)通过所述氧化剂轨控管道连通，所述氧化剂轨控管道通过并联设置的所述第一阀门(51)和所述第二阀门(52)控制开关，所述燃料贮箱(2)与所述轨控发动机(4)通过所述燃料轨控管道连通，所述燃料轨控管道通过并联设置的所述第三阀门(53)和所述第四阀门(54)控制开关，所述第一加热器(61)附接于所述氧化剂轨控管道上用于加热，所述第二加热器(62)附接于所述燃料轨控管道用于加热，所述氧化剂轨控管道温度传感器(71)设于所述氧化剂轨控管道上用于检测温度，所述燃料轨控管道温度传感器(72)设于所述燃料轨控管道上用于检测温度，所述第一压力传感器(81)设于所述氧化剂贮箱(1)的出口处，所述第二压力传感器(82)设于所述轨控发动机(4)的氧化剂进口处，所述第三压力传感器(83)设于所述燃料贮箱(2)的出口处，所述第四压力传感器(84)设于所述轨控发动机(4)的燃料进口处；所述控制器(11)根据是否存在故障阀门的信息，对位于所述氧化剂轨控管道上的所述第一阀门(51)和所述第二阀门(52)与位于所述燃料轨控管道上的所述第三阀门(53)和所述第四阀门(54)的阀门进行开关控制，以所述氧化剂轨控管道和所述燃料轨控管道上阀门开关数量相一致的方式进行推进剂供应。2.一种航天器推进系推进剂供应控制方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的航天器推进系统轨控管路，包括如下步骤：S1,阀门开关状态检测：在轨控管路充填时，通过对所述第一阀门(51)和所述第二阀门(52)的开启与关闭操作，以及所述第一加热器(61)的加热操作，检测所述第一阀门(51)与所述第二阀门(52)两者中是否存在无法正常开启和关闭的故障阀门，并判定具体故障；通过对所述第三阀门(53)和所述第四阀门(54)的开启与关闭操作，以及所述第二加热器(62)的加热操作，检测所述第三阀门(53)与所述第四阀门(54)两者中是否存在无法正常开启和关闭的故障阀门，并判定具体故障；如存在故障阀门则进入步骤S2,如不存在故障阀门则直接进入步骤S3；S2，故障阀门处理：经步骤S1后，通过所述控制器(11)发送指令对故障阀门重新设置处理后，再通过步骤S1进行重新检测判断，如故障阀门的故障仍然无法解除，则重启所述推进与控制交互器(3)，然后再由所述控制器(11)继续对故障阀门发送指令重新设置处理，并再次通过步骤S1进行重新检测判断，之后以故障消除或故障仍然存在的状态进入步骤S3；S3，推进剂供应控制：所述控制器(11)根据是否存在故障阀门的信息，对位于所述氧化剂轨控管道上的所述第一阀门(51)和所述第二阀门(52)与位于所述燃料轨控管道上的所
述第三阀门(53)和所述第四阀门(54)的阀门进行开关控制，以所述氧化剂轨控管道和所述燃料轨控管道上阀门开关数量相一致的方式进行推进剂供应。3.根据权利要求2所述的航天器推进系推进剂供应控制方法，其特征在于，步骤S1中，判断所述第一阀门(51)和所述第二阀门(52)的开启状态和关闭状态均完好的操作步骤为：首先开启所述第一阀门(51)，所述第一压力传感器(81)和所述第二压力传感器(82)的压力值相同，然后开启所述第二阀门(52)并关闭所述第一阀门(51)，通过所述第一加热器(61)加热所述氧化剂轨控管道至设定值，加热过程中所述第二压力传感器(82)与所述第一压力传感器(81)的压力值保持一致，再关闭所述第二阀门(52)与所述第一加热器(61)，所述第二压力传感器(82)的压力值逐步下降至预定值。4.根据权利要求2所述的航天器推进系推进剂供应控制方法，其特征在于，步骤S1中，判断所述第三阀门(53)和所述第四阀门(...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘一力，孙迎霞，刘锋，汪卉，张毅，李群广，周一彬，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：