style="width:3.04676in;height:0.73326in" /> (1) 本文是学习GB-T 34523-2017 航天器剩余推进剂质量的估算方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了航天器剩余推进剂质量的估算方法、估算方法选择和估算精度评估。
本标准适用于航天器表面张力贮箱内剩余液体推进剂质量的估算，采用其他类型贮箱或推进剂的
航天器可参照使用。
表1中所列的符号适用于本文件。
表 1 符号
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GB/T 34523—2017
表1(续)
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GB/T 34523—2017
表 1 ( 续 )
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BK 法(book-keeping
method)是基于发动机点火时的流量估算一段时间内推进剂消耗量和剩余量
的方法。通过指定一段时间，由该时段起始时的剩余推进剂质量减去各发动机(包括轨控发动机和姿控
发动机)的消耗量，得到该时段结束时剩余推进剂质量。
剩余推进剂(氧化剂或燃烧剂)质量按式(1)进行计算。
style="width:3.04676in;height:0.73326in" /> (1)
其中发动机的推进剂(氧化剂或燃烧剂)流率 w
通常由发动机地面测试结果给出，表达式见
式(2)。
wen=f(Pen,Ten) ………………………… (2)
计算说明：
a) 式(2)计算所需的发动机入口压力 P 和推进剂温度 T
可由航天器遥测数据获得；
b)
对于脉冲工作的发动机，不同脉宽状态下式(2)的参数可能不同，在式(1)的计算中可根据具
体情况选择时间跨度，例如可将时间跨度细化到发动机的每个点火周期，然后将发动机多个
点火周期的消耗量进行累加计算总的消耗量，最后计算出剩余推进剂。
PVT 法(pressure-volume-temperature
method)是基于系统内气体质量守恒原理计算贮箱内剩余
推进剂的方法。
GB/T 34523—2017
3.2.2 计算恒压工作时剩余推进剂质量
恒压工作时，气瓶的增压气体通过减压器稳压后注入到各个贮箱，以保持发动机点火过程中贮箱压
力平稳。对于双组元推进系统，将气瓶和各推进剂贮箱看作一个系统，假设系统无外漏，则内部的气体
质量守恒，根据式(3)计算燃烧剂剩余量。
style="width:10.8667in;height:0.71984in" />
style="width:10.08003in;height:0.69982in" />
… ………………… (3)
其中式(3)中包含了混合比K, 计算方法见式(4):
style="width:1.50002in;height:1.32in" />
按式(5)计算氧化剂的剩余量。
M.=M 。-(M;-Me)K
计算步骤：
………………………… (
………………………… (5)
4)
a) 记录恒压工作前气瓶和推进剂贮箱的压力和温度，作为事件前参数；
b) 记录恒压工作后气瓶和推进剂贮箱的压力和温度，作为事件后参数；
c)
计算事件前和事件后推进剂和增压气体的物性参数，包括推进剂密度、推进剂饱和蒸汽压、气
瓶和贮箱内增压气体的压缩因子，可参见附录A;
d) 利用式(4)计算平均混合比；
e)
利用式(3)、式(5)计算氧化剂和燃烧剂剩余量，公式中的温度数据应选择增压气体测温数据，
与推进剂密度和饱和蒸汽压项有关的温度数据应选择推进剂的测温数据。
计算说明：
a)
对于单组元系统，将上述式(3)中氧化剂贮箱的容积、压力、饱和蒸汽压和氧化剂剩余量取零
即可 ；
b) 对于并联贮箱系统，PVT
法无法计算每个贮箱的推进剂剩余量，只能将并联贮箱作为整体进
行计算，若并联贮箱的压力有差异，则本方法不适用。
3.2.3 计算落压工作时单个贮箱内的剩余推进剂质量
对单个推进剂贮箱来说，在落压工作模式(无外部气体注入)下，若贮箱无外漏，事件前后贮箱内的
气体质量守恒，根据式(6)计算推进剂剩余量。
计算步骤：
style="width:5.12655in;height:0.71228in" />
…………………………
(6)
a) 记录落压工作开始时推进剂贮箱的压力和温度，作为事件前参数；
b) 记录某一指定时间的推进剂贮箱的压力和温度，作为事件后参数；
c)
计算事件前和事件后的推进剂和增压气体物性参数，包括推进剂密度、推进剂饱和蒸汽压和增
压气体压缩因子，可参见附录 A;
d)
利用式(6)计算贮箱内剩余推进剂量，公式中的温度数据应选择增压气体测温数据，与推进剂
密度和饱和蒸汽压项有关的温度数据应选择推进剂的测温数据。
GB/T 34523—2017
加速度计法(accelerometer
method)是基于加速度计对时间积分得到的速度增量和发动机比冲数
据，通过火箭方程计算一段时间内剩余推进剂质量的方法。
加速度计法需要在航天器沿轨控推力的方向上安装加速度计，通过对加速度计进行积分获得指定
时间段内航天器的速度增量△v,
并根据火箭方程计算出剩余推进剂质量，计算公式见式(7)。
计算说明：
style="width:7.3267in;height:1.00576in" />
……………
(7)
a)
式(7)只给出了考虑航天器轨控发动机消耗量后的剩余推进剂质量，变轨期间的姿控消耗量可
以 通 过 BK 法估算；
b)
若航天器进行多次变轨机动，可根据每次变轨的剩余推进剂质量变化分段计算；
c)
若可通过其他手段获得航天器的速度增量，如根据变轨前后航天器轨道变化情况计算速度变
化量，也可以应用式(7)计算剩余推进剂质量。
超声波流量计法(ultrasonic flowmeter
method)是根据超声波流量计的测量结果对时间积分，获取
一段时间内推进剂消耗量的方法。
超声波流量计通常安装在推进剂贮箱下游，对超声波流量计的输出进行积分就可到该贮箱的剩余
推进剂质量。计算方法见式(8)。
style="width:2.21336in;height:0.61314in" /> (8)
气体注入压力激励法(pressure knocking through gas injection
method)是对贮箱注入确定质量的
气体，根据贮箱的压力变化情况计算贮箱内剩余推进剂的方法。该方法不需要初始的推进剂剩余量数
据，无累积误差，但实施次数受带气量的限制。
气体注入压力激励法的计算方法见式(9):
style="width:8.55327in;height:0.72006in" />
…………
(
9)
GB/T 34523—2017
热容法(thermal propellant gauging
method)是通过对贮箱进行加热，根据与贮箱内推进剂量相关
的热响应特性来估算剩余推进剂质量的方法。
附录 B
给出了热容法的理想状态数学模型，实际能够使用的估算模型要复杂得多，需考虑到贮箱
内的温度梯度、推进剂和增压气体分布、贮箱与环境的辐射换热及通过安装面的热传导等因素，通常要
用数值仿真方法求解。
本标准给出了6种可选择的剩余推进剂质量估算方法，各个方法的特点可参考附录
C, 按以下原则
进行选用：
a) BK
法是航天器上最常用的估算方法，使用推进系统的压力和温度传感器即可进行估算，不需
要额外增加设备。若无其他额外方法时，建议与 PVT 法结合进行估算。 BK
法的估算精度与
发动机的流量模型精度相关，对于脉冲工作的发动机估算误差较大。 BK
法不支持并联贮箱 同时工作时对每个贮箱的剩余推进剂测量。
b) PVT
法是航天器上最常用的估算方法，使用推进系统的压力和温度传感器即可进行估算，不
需要额外增加设备。若无其他额外方法时，建议与BK 法结合进行估算。 PVT
法估算与过程
无关，无累计误差，适用于时间跨度较大、推进剂消耗量较多情况下的剩余推进剂估算。
PVT 法不支持并联贮箱同时工作时对每个贮箱的剩余推进剂测量。
c)
加速度计法估算时需要用到变轨前的航天器质量数据，而航天器质量数据与上个阶段的剩余
推进剂质量相关，因此加速度计法适合与 BK
法结合使用。采用加速度计法只能得到该阶段
总的推进剂消耗量，对于双组元推进系统，若要估算氧化剂和燃烧剂的消耗量，还需要混合比
参数进行计算，测量误差也需要考虑混合比的误差。加速度计法不支持并联贮箱同时工作时
对每个贮箱的剩余推进剂测量。
d)
超声波流量计法的估算精度取决于流量计的测量精度。超声波流量计建议安装在每个贮箱
出口管道上，可直接测量每个贮箱的推进剂消耗量，适用于变轨阶段的剩余推进剂估算，非变
轨阶段可结合 PVT
法进行估算。若需要准确测量姿控发动机的消耗量，则应根据具体需求
选择小量程的超声波流量计并安装在管路上合适的位置。
e)
气体注入压力激励法适合于航天器全部在轨工作阶段，但需要增加专用的硬件用于对贮箱进
行激励并测量注入的气体质量。对于并联贮箱结构的推进系统，该方法可测量每个能够单独
隔离的贮箱内推进剂剩余量。气体注入压力激励法精度与推进剂贮箱温度测量情况有关，建
议选择贮箱温控加热器不工作，且温度平稳时段实施。
f)
热容法适用于航天器寿命末期的推进剂剩余量计算，用于判断航天器寿终处置时机。热容法
只需要在贮箱上布置加热器和温度传感器，但是贮箱的热模型应根据具体航天器结构设计和
布局进行分析，必要时应通过试验进行标定。该方法可测量每个贮箱的推进剂剩余量，包括并
联贮箱结构。
GB/T 34523—2017
除特别说明外，估算精度定义为剩余推进剂体积估算误差与贮箱容积之比。
下面给出6种方法的估算精度影响因素，对这些进行适当控制，可有效减小估算误差。除这些影响
因素外，若需要根据航天器遥测数据在地面进行估算，还应考虑遥测分层带来的误差影响：
a) BK 法精度主要取决于对发动机性能标定精度，有累积误差。 BK
法的估算精度通常为
1%～3%。
b) PVT
法精度主要取决于压力测量精度、温度测量精度、初始状态的剩余推进剂质量精度和双
组元推进系统的混合比估算精度，无累积误差。 PVT
法的估算精度通常为1%～5%。
c)
加速度计法精度取决于加速度计的测量精度和初始状态的剩余推进剂质量精度。加速度计法
的估算精度可达到1%以内。
d)
超声波流量计法精度取决于流量计的测量精度，流量计测量精度为0.5%时，剩余量估算精度
可达0.5%以内。
e)
气体注入压力激励法精度取决于激励前后贮箱压力变化量测量精度和注入贮箱的气体质量测
量精度，有次数限制，无累积误差。气体注入压力激励法的估算精度可达到0.5%～1%。
f)
热容法精度取决于加热器功率测量精度、温度传感器测量精度、贮箱热模型准确度和地面标定
精度。估算精度通常为剩余推进剂的10%～20%(航天器寿命末期),绝对测量精度随推进剂
消耗而逐渐提高。
误差估计基于每种方法的测量均值和标准差，来计算总的估算精度。每种估算方法得到的均值和
标准差可能并不一致，应采用加权平均的方法得到总的均值，在没有其他方法确定权重的情况下，通常
以标准差作为权重计算的依据。
GB/T 34523—2017
(资料性附录)
航天器常用推进剂物性参数
A.1 符号
表 A.1 中所列的符号适用于本附录。
表 A.1 符号
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甲基肼温度  |
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A.2 推进剂密度
推进剂密度参数如下：
a) 绿色四氧化二氮(MON-1) 按式(A.1) 计算，其中温度适用范围262 K～330
K;
PMoNi=2174.4—2.489TMow … … … … … … … … … …(A. 1)
b) 甲基肼(MMH) 按式(A.2) 计算，其中温度适用范围240 K～330 K;
PMMH =1151-0.945TMMH … … … … … … … … … …(A.2)
c) 无水肼(N,H₄) 按式(A.3) 计算，其中温度适用范围275 K～330 K。
Pv₂H₄=1264.5-0.875Tv₂H₁ … … … … … … … … … …(A.3)
A.3 推进剂饱和蒸汽压
推进剂饱和蒸汽压参数如下：
a) 绿色四氧化二氮(MON-1) 按式(A.4) 计算，其中温度适用范围263 K～330
K;
P 、Mon1=exp(25.5125-4128.4/TMoN₁) … … … … … … … …(A.4)
GB/T 34523—2017
b)甲基肼(MMH)按式(A.5)计算，其中温度适用范围263 K～330 K;
PMMH=exp(24.780 5-4 768.5/TMMH)
………………………… (A.5)
c)无水肼(N₂H₄)按式(A.6)计算，其中温度适用范围275 K～330 K。
PwH₄=exp(26.992 5-6378.8/Tv₂H,+173298/T&₂H) …………………………… (A.6)
A .4氦气(He)压缩因子
按式(A.7)计算，其中温度适用范围230 K～400K,适用最大压力3.5×10⁷Pa。
ZHe=1+1.957 2×10-⁶PHTHe-1.0622 ………………………………… (A.7)
GB/T 34523—2017
(资料性附录)
热容法数学模型
B.1 符号
表 B.1 中所列的符号适用于本附录。
表 B.1 符号
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GB/T 34523—2017
表 B. 1 (续)
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B.2 热容法数学模型
通过加热器给贮箱加热，测量贮箱的温度变化来计算贮箱内推进剂的剩余量。
加热器产生的热量Q 和贮箱与外界的热交换Q 之和与贮箱结构吸热Q
、推进剂吸热Qp、增压气
体吸热Q 、推进剂蒸汽吸热 Q、及因温度上升所增加的推进剂蒸汽汽化吸热Q,
之和，如式(B. 1) 所示。
QH+QE=Q+Q,+Q+Q、+Q. ………………………… (B.1)
其中：
QH= 
style="width:0.14663in;height:0.5467in" />Wat
style="width:2.57995in;height:0.56672in" />
Q₁=C: △T,
Q 。=cpmp △T
style="width:5.8067in;height:1.01332in" />
style="width:4.73337in;height:1.01332in" />
style="width:9.12675in;height:1.05336in" />
由式(B. 1) 可计算出贮箱内剩余推进剂质量 mp。
GB/T 34523—2017
(资料性附录)
航天器剩余推进剂质量估算方法应用范围
航天器剩余推进剂质量估算方法的应用范围见表C.1。
表 C.1 航天器剩余推进剂质量估算方法的应用范围
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GB/T 34523—2017
表 C.1 ( 续 )
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更多内容 可以 GB-T 34523-2017 航天器剩余推进剂质量的估算方法. 进一步学习