一種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配重方法
【專利摘要】本發(fā)明所提供的方法基于所設(shè)計(jì)的配重系統(tǒng)，該配重系統(tǒng)以控制器為中心，采用質(zhì)測臺測得每次進(jìn)行推進(jìn)劑加注前航天器的質(zhì)量和質(zhì)心位置，控制器根據(jù)質(zhì)心位置，確定所需加注的對象，控制器根據(jù)加注對象、航天器質(zhì)心位置和測得的各貯箱的質(zhì)心位置，采用力矩平衡計(jì)算得到加注對象的質(zhì)量，控制器根據(jù)計(jì)算得到的質(zhì)量和加注對象，控制相應(yīng)加注器通過貯箱接口加注推進(jìn)劑至相應(yīng)貯箱，此時(shí)，若質(zhì)測臺測得的航天器質(zhì)心位置仍不滿足設(shè)計(jì)要求，則控制臺重復(fù)上述過程，直到航天器質(zhì)心位置滿足設(shè)計(jì)要求為止。
【專利說明】一種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配重方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天探測控制領(lǐng)域，具體涉及一種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配
重方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天器完成總裝工作之后，需要對航天器進(jìn)行質(zhì)量和質(zhì)心位置的測量，若航天器的質(zhì)心位置不在整器坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)處，需要進(jìn)行航天器配重的過程，即在預(yù)先設(shè)計(jì)的航天器配重安裝位置上安裝配重塊。
[0003]目前，航天器均采用銅制配重塊進(jìn)行配重，而這種配重方式增加了探測器的干質(zhì)量，即這部分質(zhì)量在航天器任務(wù)中是不能被使用的，還增加了航天器在變軌時(shí)推進(jìn)劑的消耗量，最終影響了探測器的壽命，因此，這種方法并不是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。
[0004]對于貯箱分布安裝的航天器，在對這類航天器進(jìn)行配重時(shí)，結(jié)合貯箱的分布安裝格局，設(shè)計(jì)一種能夠提高配重經(jīng)濟(jì)性和有效性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配重方法，能夠達(dá)到提高配重經(jīng)濟(jì)性和有效性的目的。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配重方法，該方法基于一種配重系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括質(zhì)測臺、質(zhì)測采集系統(tǒng)、控制器、加注器I?4、推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐I?4和稱重系統(tǒng)I?4。航天器被設(shè)置在質(zhì)測臺上，該航天器內(nèi)的4個(gè)貯箱分布安裝。質(zhì)測臺通過質(zhì)測采集系統(tǒng)連接控制器，控制器分別連接各加注器和各稱重系統(tǒng)，各加注器分別通過管路連接至航天器的貯箱接口，各加注器還分別連接有推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐，各推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐被設(shè)置在稱重系統(tǒng)上。
[0008]質(zhì)測臺用于測量航天器的質(zhì)量和質(zhì)心位置，并作為測量數(shù)據(jù)。質(zhì)測采集系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)采集質(zhì)測臺的測量數(shù)據(jù)并發(fā)送至控制器。控制器用于接收所述測量數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定所需加注的貯箱并計(jì)算得到該貯箱的推進(jìn)劑加注量，控制器根據(jù)所確定的加注貯箱，控制相應(yīng)加注器進(jìn)行推進(jìn)劑加注，同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)采集各稱重系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并計(jì)算每次采集得到的測量數(shù)據(jù)與首次采集得到的測量數(shù)據(jù)作差，將差值作為數(shù)據(jù)變化量，控制器將數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量相等時(shí)，控制器控制加注器停止加注推進(jìn)劑。加注器用于在控制器的控制下，從推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐提取推進(jìn)劑并加注給相應(yīng)貯箱。推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐用于存儲待加注的推進(jìn)劑。稱重系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測量推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐的重量。
[0009]基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明所提供方法的具體步驟為:
[0010]I)建立航天器本體坐標(biāo)系O-XYZ:以垂直于質(zhì)測臺豎直向上為+X方向，水平向右為+Y方向，+Z方向與+X、+Y方向構(gòu)成右手坐標(biāo)系。[0011]2)系統(tǒng)上電，在ZOY平面內(nèi)，質(zhì)測臺測得當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Δ 10) O其中，Ahtl為當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí),航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的橫坐標(biāo)；Δ 10為當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的縱坐標(biāo)；當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，各貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑裝填量均為O。
[0012]根據(jù)航天器內(nèi)貯箱的分布狀態(tài)，測得在所建立的ZOY平面內(nèi)，各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)并輸入至控制器，控制器存儲各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)。
[0013]3)質(zhì)測采集系統(tǒng)從質(zhì)測臺采集得到航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Λ Ici),并發(fā)送至控制器。
[0014]4)控制器接收得到航天器質(zhì)量吣和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Δ10)并存儲，將Al0I和I AhtlI作比較并進(jìn)行貯箱選取，具體為:若Al0I > I Ahtl I，則選取-Alci所在區(qū) 域內(nèi)的兩個(gè)貯箱作為加注對象。若I Al」=I AhtlI,則選取點(diǎn)(-Atv -Alci)所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象；若I Al」< I Ahtl |，則選取-Ahtl所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象。
[0015]控制器根據(jù)所選取的加注對象，從內(nèi)部所存儲的各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)中提取該加注對象的質(zhì)心坐標(biāo)，控制器根據(jù)加注對象、航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’(Ahtl, Δ10)以及加注對象質(zhì)心坐標(biāo)，計(jì)算得到加注對象所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量并存儲。
[0016]5)控制器根據(jù)加注對象和相應(yīng)所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量，控制與加注對象對應(yīng)的加注器，使得該加注器從推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐中提取推進(jìn)劑并通過管路加注推進(jìn)劑至相應(yīng)貯箱，同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)采集稱重系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并計(jì)算得到數(shù)據(jù)變化量，當(dāng)測量數(shù)據(jù)變化量為所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量時(shí)，控制器控制加注器停止加注。此時(shí)，質(zhì)測臺測得航天器質(zhì)量為M1以及加注后的質(zhì)心位置O”(Ah1, Λ1:)。
[0017]6)控制器接收質(zhì)測采集系統(tǒng)采集得到的航天器質(zhì)量M1以及加注后的質(zhì)心位置
0,? (Ah1, Al1)，若Ah1 = O且Δ I1 = 0，則結(jié)束配重過程，否則，控制器根據(jù)航天器質(zhì)量M1和加注后的質(zhì)心位置O”(Ah1, Al1),重復(fù)步驟4)~6)，直到質(zhì)測臺測得的航天器最佳質(zhì)心位置O”’為(0,0)為止。
[0018]有益效果:
[0019]本發(fā)明所提供的方法用于貯箱分布安裝的航天器，結(jié)合這種類型的航天器上貯箱的分布安裝布局，考慮使用推進(jìn)劑來進(jìn)行整器的質(zhì)量配重，因此設(shè)計(jì)了一種配重系統(tǒng)，該系統(tǒng)以控制器為中心，并配合質(zhì)測臺、質(zhì)測采集系統(tǒng)和加注器，基于力矩平衡原理來調(diào)整貯箱內(nèi)推進(jìn)劑的裝填量，最終使得航天器的質(zhì)心滿足設(shè)計(jì)要求。該方法在不增加探測器干重，即不增加探測器額外的負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整器配重，從而達(dá)到了提高配重經(jīng)濟(jì)性和有效性的目的。
[0020]此外，在配重過程中，所加注的推進(jìn)劑還可在執(zhí)行任務(wù)時(shí)用于探測器的姿態(tài)和軌道控制，即增加了探測器的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所提供的系統(tǒng)的示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明所提供的原理圖。
【具體實(shí)施方式】[0023]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024]圖1示出了一個(gè)配重系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括質(zhì)測臺、質(zhì)測采集系統(tǒng)、控制器、加注器I~
4、推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐I~4和稱重系統(tǒng)I~4。航天器被設(shè)置在質(zhì)測臺上，該航天器內(nèi)設(shè)有4個(gè)貯箱，且分布安裝。質(zhì)測臺通過質(zhì)測采集系統(tǒng)連接控制器，控制器分別連接各加注器和各稱重系統(tǒng)，各加注器分別通過管路連接至航天器的貯箱接口，各加注器還分別連接有推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐，各推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐被設(shè)置在相應(yīng)的稱重系統(tǒng)上。
[0025]質(zhì)測臺為現(xiàn)有設(shè)備，用于測量航天器的質(zhì)量和質(zhì)心位置。
[0026]質(zhì)測采集系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)采集質(zhì)測臺的測量數(shù)據(jù)并發(fā)送至控制器。
[0027]控制器用于接收所述測量數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定所需加注的貯箱并計(jì)算得到該貯箱的推進(jìn)劑加注量，控制器根據(jù)所確定的加注貯箱，控制相應(yīng)加注器進(jìn)行推進(jìn)劑加注，同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)采集各稱重系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并計(jì)算每次采集得到的測量數(shù)據(jù)與首次采集得到的測量數(shù)據(jù)作差，將差值作為數(shù)據(jù)變化量，控制器將數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量相等時(shí)，控制器控制加注器停止加注推進(jìn)劑。
[0028]加注器用于在控制器的控制下，從推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐提取推進(jìn)劑并加注給相應(yīng)貯箱。
[0029]推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐與航天器內(nèi)的貯箱一一對應(yīng)，用于存儲待加注的推進(jìn)劑。
[0030]稱重系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測量推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐的重量。
[0031]基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明所提供方法的具體步驟為:
[0032]1)建立航天器本體坐標(biāo)系O-XYZ:以垂直于質(zhì)測臺豎直向上為+X方向，水平向右為+Y方向，+Z方向與+X、+Y方向構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
[0033]2)系統(tǒng)上電，在ZOY平面內(nèi)，質(zhì)測臺測得當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)，即未進(jìn)行推進(jìn)劑加注時(shí)，航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Δ 10) 0其中，Ahtl為當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí),航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的橫坐標(biāo)；△ Itl為當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的縱坐標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，各貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑裝填量均為O。
[0034]根據(jù)航天器內(nèi)貯箱的分布狀態(tài)，測得在所建立的ZOY平面內(nèi)，各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)并輸入至控制器內(nèi)存儲。如圖2所示，若系統(tǒng)初始狀態(tài)時(shí)，測得貯箱I的質(zhì)心坐標(biāo)為N(h，-1)，貯箱2的質(zhì)心坐標(biāo)為M(-h，-1)，其中，h為質(zhì)心距Z軸的距離；1為質(zhì)心距Y軸的距離。
[0035]3)質(zhì)測采集系統(tǒng)從質(zhì)測臺采集得到航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Λ Ici),并發(fā)送至控制器。
[0036]4)控制器接收得到航天器質(zhì)量吣和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Δ10)并存儲，將Al0I和I AhtlI作比較并進(jìn)行貯箱選取，具體為:若Al0I > I Ahtl I，則選取-Alci所在區(qū)
域內(nèi)的兩個(gè)貯箱作為加注對象；若I Al」=I Ahtl I，則選取點(diǎn)(-Atv-AU所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象；若I Al」< I AhcJ,則選取-Ahtl所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象。
[0037]控制器根據(jù)所選取的加注對象，從內(nèi)部存儲的各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)中提取該加注對象的質(zhì)心坐標(biāo)，控制器根據(jù)加注對象、航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’(Ahtl, Δ10)以及加注對象質(zhì)心坐標(biāo)，采用力矩平衡原理計(jì)算得到加注對象所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量并存儲。
[0038]如圖2所示，在進(jìn)行推進(jìn)劑加注前，控制器接收得到航天器質(zhì)量M0和初始質(zhì)心位置O’(-Ahtl, Λ Ici),經(jīng)比較得到IAlcJ > I Ahtl |，則選取貯箱I和貯箱2作為加注對象。控制器從內(nèi)部存儲的各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)中提取得到貯箱I的質(zhì)心坐標(biāo)為N(h，-1)，貯箱2的質(zhì)心坐標(biāo)為M(-h，-1)，由力矩平衡原理得到下式:
【權(quán)利要求】
1.一種貯箱分布安裝的航天器用推進(jìn)劑配重方法，其特征在于，該方法基于一種配重系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括質(zhì)測臺、質(zhì)測采集系統(tǒng)、控制器、加注器I~4、推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐I~4和稱重系統(tǒng)I~4 ;航天器被設(shè)置在質(zhì)測臺上，該航天器內(nèi)的4個(gè)貯箱分布安裝；質(zhì)測臺通過質(zhì)測采集系統(tǒng)連接控制器，控制器分別連接各加注器和各稱重系統(tǒng)，各加注器分別通過管路連接至航天器的貯箱接口，各加注器還分別連接有推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐，各推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐被設(shè)置在稱重系統(tǒng)上； 質(zhì)測臺用于測量航天器的質(zhì)量和質(zhì)心位置，并作為測量數(shù)據(jù)；質(zhì)測采集系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)采集質(zhì)測臺的測量數(shù)據(jù)并發(fā)送至控制器；控制器用于接收所述測量數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定所需加注的貯箱并計(jì)算得到該貯箱的推進(jìn)劑加注量，控制器根據(jù)所確定的加注貯箱，控制相應(yīng)加注器進(jìn)行推進(jìn)劑加注，同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)采集各稱重系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并計(jì)算每次采集得到的測量數(shù)據(jù)與首次采集得到的測量數(shù)據(jù)作差，將差值作為數(shù)據(jù)變化量，控制器將數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)變化量與所述推進(jìn)劑加注量相等時(shí)，控制器控制加注器停止加注推進(jìn)劑；加注器用于在控制器的控制下，從推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐提取推進(jìn)劑并加注給相應(yīng)貯箱；推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐用于存儲待加注的推進(jìn)劑；稱重系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測量推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐的重量； 基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明所提供方法的具體步驟為: 1)建立航天器本體坐標(biāo)系O-XYZ:以垂直于質(zhì)測臺豎直向上為+X方向，水平向右為+Y方向，+Z方向與+X、+Y方向構(gòu)成右手坐標(biāo)系； 2)系統(tǒng)上電，在ZOY平面內(nèi)，質(zhì)測臺測得當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)量M0和初始質(zhì)心位置O’ (Ah0, Δ10);其中，Ahtl為當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的橫坐標(biāo)；Δ 10為當(dāng) 系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，航天器質(zhì)心所在ZOY平面內(nèi)的縱坐標(biāo)；當(dāng)系統(tǒng)為初始狀態(tài)時(shí)，各貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑裝填量均為O ; 根據(jù)航天器內(nèi)貯箱的分布狀態(tài)，測得在所建立的ZOY平面內(nèi)，各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)并輸入至控制器，控制器存儲各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)； 3)質(zhì)測采集系統(tǒng)從質(zhì)測臺采集得到航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’(Ah0, Λ Ici),并發(fā)送至控制器； 4)控制器接收得到航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’(Ahtl,Δ10)并存儲，將I Al」和AhcJ作比較并進(jìn)行貯箱選取，具體為^lAlcJ > I Ahtl |，則選取-AltlK在區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)貯箱作為加注對象；若Δ10| = I Ahtl |，則選取點(diǎn)(-Atv-Mci)所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象；若I Al」< I Ahtl |，則選取-Ahtl所在區(qū)域內(nèi)的貯箱作為加注對象； 控制器根據(jù)所選取的加注對象，從內(nèi)部所存儲的各貯箱質(zhì)心坐標(biāo)中提取該加注對象的質(zhì)心坐標(biāo)，控制器根據(jù)加注對象、航天器質(zhì)量Mtl和初始質(zhì)心位置O’(Ahtl, Δ10)以及加注對象質(zhì)心坐標(biāo)，計(jì)算得到加注對象所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量并存儲； 5)控制器根據(jù)加注對象和相應(yīng)所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量，控制與加注對象對應(yīng)的加注器，使得該加注器從推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注罐中提取推進(jìn)劑并通過管路加注推進(jìn)劑至相應(yīng)貯箱，同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)采集稱重系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并計(jì)算得到數(shù)據(jù)變化量，當(dāng)測量數(shù)據(jù)變化量為所需加注的推進(jìn)劑質(zhì)量時(shí)，控制器控制加注器停止加注；此時(shí)，質(zhì)測臺測得航天器質(zhì)量為M1以及加注后的質(zhì)心位置O”(Ah1, Al1)； 6)控制器接收質(zhì)測采集系統(tǒng)采集得到的航天器質(zhì)量M1以及加注后的質(zhì)心位置0" (Δh1, Δl1)，若Ah1 = O且Δ I1 = 0，則結(jié)束配重過程，否則，控制器根據(jù)航天器質(zhì)量M1和加注后的質(zhì)心位置O”(Ah1, Al1),重復(fù)步驟4)~6)，直到質(zhì)測臺測得的航天器最佳質(zhì)心位置O”’為(0,0)為止。
【文檔編號】B64G5/00GK104034481SQ201410191801
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】孫澤洲, 張熇, 吳學(xué)英, 許映喬, 傅子敬, 柏江, 陳向東 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部