一种具备温度补偿功能的推进剂加注系统及方法与流程

本发明属于推进剂加注，具体涉及一种具备温度补偿功能的推进剂加注系统及方法。

背景技术：

1、常温液体推进剂主要包括硝基类(硝酸、四氧化二氮等)、肼类(肼、偏二甲肼)、烃类(航天煤油等)和醇类(乙醇等)，多为有毒或强腐蚀或易燃的物质。在使用泵式加注系统时，加注管和气相管的末端分别与贮箱的进液口、出气口相连，推进剂由地面贮罐流出，经管路、阀门、加注泵、流量计、温度传感器、流量调节装置等流入贮箱。

2、推进剂在加注前，目标加注量mt通常结合飞行轨迹、卫星载荷重量等参数计算得到。计算得到的加注量mt为质量，因便于贮箱标定或其他历史沿革等原因，通常会采用加注前测得的地面推进剂贮罐中液体温度t1对应的密度ρ1，按vt＝mt/ρ1换算为体积输入给加注系统。另外，从计量设备角度出发，质量流量计成本相对高昂，且多存在着通径较细的测量管，在加注完成后难以完全将残液排尽。所以，常温推进剂加注系统中通常采用体积流量计对推进剂的瞬时流速和累计流量进行计量，当累计流量达到vt后停止加注。但是，为保证安全，发射场的推进剂库区与发射场之间通常距离较远，推进剂液体在管路中流动时，因流动阻力、外界热对流与热辐射等因素，推进剂温度常存在着温度升高。当加注比热容较小或密度较小或体积热膨胀系数较大的推进剂时，或外界环境温度较高时，温度升高的现象更为明显。当进行体积流量计量的流量计处的液体温度升至t2时，液体的密度ρ2相应变化(通常ρ2＜ρ1)，导致最终实际加注到贮箱的液体质量与期望总质量之间存在偏差，从而引入了计量误差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种具备温度补偿功能的推进剂加注系统及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种具备温度补偿功能的推进剂加注系统，包括：通过加注管依次相连的地面贮罐、加注泵、流量计、调节阀和贮箱，以及用于测量推进剂温度的温度传感器，与加注泵、流量计、调节阀和温度传感器电连接的控制器，地面贮罐与贮箱还通过气相管连通；所述控制器通过实时获取流量计测得的推进剂的瞬时流速和累积流量，温度传感器测得的推进剂的温度，以及调节阀的开度，对调节阀的开度进行调节，使地面贮罐中的推进剂按照设定的流速流入贮箱，当推进剂的累积流量达到目标流量后，进行温度补偿加注，补偿加注的推进剂质量等于由于推进剂温度变化引起的实际加注质量与目标质量的偏差。

4、进一步地，所述系统还包括与控制器电连接、安装在加注管和气相管上的阀1～阀6和安装在贮箱进液口的零液位指示器；温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，流量计包括第一流量计和第二流量计，调节阀包括第一调节阀和第二调节阀；第一温度传感器安装在地面贮罐上，第一流量计安装在加注泵的出液口，第二温度传感器安装在第一流量计的出液口加注管上，第二温度传感器后的加注管分为两条支路，支路1上依次连接第一调节阀和阀2，支路2上依次连接第二流量计、第二调节阀和阀3；阀2和阀3的下游侧合并为一路，经阀4连接零液位指示器；阀1安装在地面贮罐的出液口，阀5、阀6分别安装在气相管接近地面贮罐和贮箱处；其中，第一流量计的量程大于第二流量计的量程，支路1加注管的直径大于支路2加注管的直径。

5、更进一步地，推进剂加注过程包括以下四个阶段：

6、低速加注阶段a；

7、高速加注阶段b；

8、低速加注阶段c；

9、温度补偿加注阶段d。

10、更进一步地，低速加注阶段a包括：

11、打开阀1，当推进剂将阀2和阀3上游的加注管填充满时，打开阀3、阀4、阀5、阀6，并启动加注泵，推进剂经过支路2流入贮箱；

12、当零液位指示器感应到液流时，第二流量计开始计量，调节第二调节阀使第二流量计的瞬时流速为qa；

13、实时采集每个时刻i第二温度传感器测得的温度ti、第二流量计的瞬时流速q2i和累积流量q2i，按下式计算当前时刻n的累积质量mn：

14、

15、式中，δt为采集时间间隔，ρi、ρi-1分别为温度ti、ti-1对应的推进剂密度；

16、若当前时刻n的累积流量q2n达到设定的流量va，记录此时的累积质量ma，加注阶段a结束，转入加注阶段b。

17、更进一步地，高速加注阶段b包括：

18、打开阀2，第一流量计开始计量，将第二调节阀调至全开状态，推进剂经由支路1、2流入贮箱；

19、调节第一调节阀，将第一流量计的瞬时流速逐渐调至qb，qb>qa；

20、实时采集每个时刻i第二温度传感器测得的温度ti、第一流量计的瞬时流速q1i和累积流量q1i，按下式计算当前时刻n的累积质量mn：

21、

22、若当前时刻n的累积流量q1n与va之和达到设定的流量vb，记录此时的累积质量mb，加注阶段b结束，转入加注阶段c。

23、更进一步地，低速加注阶段c包括：

24、关闭阀2，第二流量计开始计量，推进剂经由支路2流入贮箱；

25、调节第二调节阀，将第二流量计的瞬时流速逐渐调至qc，qb>qc；

26、实时采集每个时刻i第二温度传感器测得的温度ti、第二流量计的瞬时流速q2i和累积流量q2i，按下式计算当前时刻n的累积质量mn：

27、

28、若当前时刻n的累积流量q2n与vb的和达到目标流量vt，记录此时的累积质量mc，加注阶段c结束，转入加注阶段d；其中，vt＝mt/ρ0，mt为目标质量，ρ0为温度t0对应的推进剂密度，t0为加注开始前由第一温度传感器测得的地面贮罐内推进剂的温度。

29、更进一步地，温度补偿加注阶段d包括：

30、第二流量计开始计量，调节第二调节阀，将第二流量计的瞬时流速调至qc，qb>qc；

31、实时采集每个时刻i第二流量计的累积流量q2i，若当前时刻n的累积流量q2n＝δv，加注阶段d结束；δv为：

32、δv＝vt-mc/ρ0 (4)

33、式中，ρ0为温度t0对应的推进剂密度，t0为加注开始前由第一温度传感器测得的地面贮罐内推进剂的温度。

34、更进一步地，温度补偿加注阶段d包括：

35、控制第二流量计开始计量，调节第二调节阀，将第二流量计的瞬时流速调至qd，qb>qd；

36、实时采集每个时刻i的第二流量计的瞬时流速qi和第二温度传感器测得的温度ti，按(1)式计算当前时刻n的累积流量mn，当mn＝mt-mc时，加注阶段d结束。

37、进一步地，地面贮罐、贮箱和加注泵的数量均为2个。

38、第二方面，本发明提供一种应用所述系统进行推进剂加注的方法，包括在控制器中执行的以下步骤：

39、开启加注泵，使推进剂从地面贮罐经加注管流向贮箱；

40、实时获取流量计测得的推进剂的瞬时流速和累积流量，温度传感器测得的推进剂的温度，以及调节阀的开度；

41、基于所述瞬时流速、温度和开度，对调节阀的开度进行调节，使推进剂按照设定的流速流动；

42、当推进剂的累积流量达到目标流量后，进行温度补偿加注，补偿加注的推进剂质量等于由于推进剂温度变化引起的实际加注质量与目标质量的偏差。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

44、本发明通过设置通过加注管依次相连的地面贮罐、加注泵、流量计、调节阀和贮箱，以及用于测量推进剂温度的温度传感器，与加注泵、流量计、调节阀和温度传感器电连接的控制器，所述控制器通过实时获取流量计测得的推进剂的瞬时流速和累积流量，温度传感器测得的推进剂的温度，以及调节阀的开度，对调节阀的开度进行调节，使地面贮罐中的推进剂按照设定的流速流入贮箱，当推进剂的累积流量达到目标流量后，进行温度补偿加注，能够消除由加注过程中推进剂温度变化引起的实际加注量小于目标质量的问题。