本發(fā)明屬于空間液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于提高雙組元推力器脈沖控制精度的方法。

背景技術(shù)：

雙組元姿控推力器是航天器姿態(tài)控制最重要的有源執(zhí)行部件，脈沖控制精度對(duì)航天器姿態(tài)控制精度有著至關(guān)重要的影響。隨著航天任務(wù)的復(fù)雜度和精密度要求的日益提升，對(duì)航天器平臺(tái)的姿態(tài)精度和穩(wěn)定度的要求也越來(lái)越高，進(jìn)而也要求雙組元推力器進(jìn)一步提高脈沖控制精度。然而雙組元姿控推力器脈沖工作過(guò)程十分復(fù)雜，涉及到電磁、瞬態(tài)流動(dòng)、非平衡化學(xué)反應(yīng)及非穩(wěn)態(tài)傳熱等多種復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，進(jìn)一步提高脈沖控制精度十分困難。

如果推力器脈沖控制精度不能滿(mǎn)足要求，一方面將會(huì)導(dǎo)致航天器姿態(tài)控制精度超差，將可能導(dǎo)致有效載荷難以正常工作，從而影響到任務(wù)的正常完成；另一方面，由于推力器脈沖控制精度不足，導(dǎo)致在航天器在姿態(tài)和軌道調(diào)整中出現(xiàn)大量的超調(diào)修正操作，將會(huì)浪費(fèi)大量的寶貴推進(jìn)劑資源，從而導(dǎo)致航天器在軌壽命的下降。隨著航天器在軌姿態(tài)和軌道控制精度要求的不斷提升，以及航天器在軌服役壽命要求的不斷提高，雙組元自控推力器脈沖控制能力已經(jīng)成為了制約航天器能力和品質(zhì)進(jìn)一步提升的瓶頸，提高雙組元推力器脈沖控制精度對(duì)于航天器任務(wù)的順利完成及完成質(zhì)量有著重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種提高雙組元姿控推力器脈沖控制精度的方法，解決了現(xiàn)有雙組元姿控推力器脈沖控制精度不足的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種提高雙組元姿控推力器脈沖控制精度的方法，所述的推力器包括氧路控制閥、燃路控制閥、噴注器和推力室，其中噴注器內(nèi)通道內(nèi)有氧路積液腔和燃路積液腔，通道開(kāi)關(guān)分別由氧路控制閥和燃路控制閥控制，包括以下步驟：

1)根據(jù)推力器脈沖控制精度要求，建立推力器脈沖控制精度與推力量級(jí)F和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間T_off的關(guān)系ΔI＝F(T_off-0.5)；所述推力器脈沖控制精度要求包括最小脈沖沖量指標(biāo)ΔI；

2)根據(jù)步驟1)中推力器脈沖控制精度與推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，結(jié)合工程實(shí)際，選擇符合推力器推力量級(jí)與閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間要求的組合；

3)根據(jù)推力器脈沖控制精度要求，建立最小脈沖沖量指標(biāo)ΔI和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系ΔI＝0.81V_o+0.48V_f；所述推力器噴注器集液腔容積分為氧路集液腔容積V_o和燃路集液腔容積V_f；

4)根據(jù)步驟3)中最小脈沖沖量指標(biāo)和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系，結(jié)合工程實(shí)際，選擇符合要求的推力器噴注器氧路和燃路集液腔容積組合；

5)根據(jù)步驟4)中選擇的推力器噴注器氧路和燃路集液腔容積，計(jì)算得到噴注器氧路推進(jìn)劑填充時(shí)間以及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間其中P_o.in表示推力器氧路入口壓力，P_f.in表示推力器燃路入口壓力；A_o.in表示氧路流道通道截面積，A_f.in表示燃路流道通道截面積；

6)根據(jù)步驟5)中計(jì)算得到的噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間，得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間差絕對(duì)值Δt＝|t_o-t_f|；

7)根據(jù)步驟6)中計(jì)算得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間時(shí)間差絕對(duì)值，選擇推力器氧路控制閥和燃路控制閥，要求氧路控制閥和燃路控制閥開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間差絕對(duì)值與噴注器氧路和燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間時(shí)間差絕對(duì)值誤差不超過(guò)0.5ms，并用開(kāi)啟響應(yīng)快的閥門(mén)控制填充時(shí)間長(zhǎng)的通道。

所述推力器推進(jìn)劑為甲基肼和四氧化二氮的組合。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提出了雙組元姿控推力器推進(jìn)劑控制閥開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度與推力器最小脈沖沖量、最小脈沖沖量重復(fù)性均方差的量化關(guān)系，給高脈沖控制精度雙組元姿控推力器推進(jìn)劑控制閥的研制和選擇提供了依據(jù)和方法；

(2)本發(fā)明提出了雙組元姿控推力器噴注器集液腔與推力器最小脈沖沖量、最小脈沖沖量重復(fù)性均方差的量化關(guān)系，給高脈沖控制精度雙組元姿控推力器噴注器的研制提供了依據(jù)和方法；

(3)本發(fā)明提出了一種能夠有效提高雙組元姿控推力器脈沖控制精度的方法，使雙組元姿控推力器的脈沖控制精度能夠?qū)崿F(xiàn)量化設(shè)計(jì)與分析，大大降低了高脈沖控制精度雙組元姿控推力器的設(shè)計(jì)難度，提高了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本實(shí)施例中，以高脈沖控制精度雙組元姿控推力器設(shè)計(jì)過(guò)程為例。首先根據(jù)推力器脈沖控制精度要求，建立推力器脈沖控制精度與推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。其中，推力器脈沖控制精度要求中包含最小脈沖沖量指標(biāo)和最小脈沖沖量重復(fù)性均方差指標(biāo)，最小脈沖沖量指標(biāo)用ΔI表示，單位為mN.s，最小脈沖沖量重復(fù)性均方差用δ表示；推力量級(jí)為推力器的額定穩(wěn)態(tài)推力，用F表示，單位為N；閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間為推力器開(kāi)關(guān)控制閥從給出電信號(hào)到截?cái)嗤ǖ纼?nèi)推進(jìn)劑流動(dòng)所需要的時(shí)間，用T_off表示，單位為ms；步驟1推力器最小脈沖沖量指標(biāo)與推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系可以用公式ΔI＝F(T_off-0.5)表示；閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性均方差要求與最小脈沖沖量重復(fù)性均方差指標(biāo)相同，均為δ；

建立推力器脈沖控制精度與推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系完成后，根據(jù)推力器脈沖控制精度與推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，結(jié)合工程實(shí)際，選擇合適的推力器推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)指標(biāo)要求組合；

選擇合適的推力器推力量級(jí)和閥門(mén)關(guān)響應(yīng)指標(biāo)要求組合完成后，根據(jù)推力器脈沖控制精度要求，建立最小脈沖沖量指標(biāo)和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系；其中，推力器噴注器集液腔容積分為氧路集液腔和燃路集液腔，氧路集液腔容積用V_o表示，燃路集液腔容積用V_f表示，單位均為mm³；推力器最小脈沖沖量指標(biāo)和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系可以用公式ΔI＝0.81V_ox+0.48V_fu表示；

建立最小脈沖沖量指標(biāo)和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系完成后，根據(jù)最小脈沖沖量指標(biāo)和推力器噴注器集液腔容積之間的關(guān)系，結(jié)合工程實(shí)際，選擇合適的推力器噴注器氧路和燃路集液腔容積組合。

選擇合適的推力器噴注器氧路和燃路集液腔容積組合后，根據(jù)選擇的推力器噴注器氧路和燃路集液腔容積，計(jì)算得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間；其中，推力器噴注器集液腔容積分為氧路集液腔和燃路集液腔，氧路集液腔容積用V_o表示，燃路集液腔容積用V_f表示，單位均為mm³；推力器噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間用t_o和t_f表示，單位均為ms；推力器氧路和燃路入口壓力用P_o.in和P_f.in表示，單位為Pa；氧路和燃路流道通道截面積用A_o.in和A_f.in，單位為mm²；推力器噴注器氧路填充時(shí)間用公式表示，推力器噴注器燃路填充時(shí)間用公式表示；

計(jì)算得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間后，根據(jù)計(jì)算得到的噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間，得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間差絕對(duì)值Δt＝|t_o-t_f|；

噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間差絕對(duì)值計(jì)算完成后，根據(jù)計(jì)算得到噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間時(shí)間差絕對(duì)值，選擇推力器推進(jìn)劑控制閥組合，要求兩個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間之差接近噴注器氧路及燃路集液腔推進(jìn)劑填充時(shí)間時(shí)間差絕對(duì)值，并將開(kāi)啟響應(yīng)較快的閥門(mén)控制填充時(shí)間較長(zhǎng)的通道開(kāi)啟與關(guān)閉。

另外，本發(fā)明提出的一種提高雙組元姿控推力器脈沖控制精度的方法中，所述推力器推進(jìn)劑為甲基肼和四氧化二氮組合。

當(dāng)然，對(duì)本發(fā)明各步驟、方法及組合方式在不改變其功能的情況下，進(jìn)行的等效變換或替代，也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。