[发明专利]一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法

权利要求书

1.一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置与水基推进系统规模相关的自变量参数：气瓶总体积V_g，电解池功率P_s，计算获得气瓶重量m_wg，电解池重量m_s；

(2)根据电解原理，分配水基推进系统的氢气瓶的体积为V_o，氧气瓶的体积为V_h，然后由氢气瓶和氧气瓶的工作压力、体积参数，计算出氢气的质量m_h，氧气的质量m_o；

(3)根据传统化学推进系统的卫星起飞重量m_t0、推进剂装填量m_t1和发动机比冲I_t，计算出传统化学推进系统可提供的最大速度增量dv_t；

(4)基于水基推进系统的发动机比冲、电解池规模、气瓶参数，计算出与传统化学推进系统相同载荷重量及速度增量下的水基推进系统所需要携带的推进剂的质量m_w1；

(5)根据水基推进系统的氢气和氧气质量、电解池规模及电解速率，计算出机动间隔时间t；

(6)设置水基推进系统节省的系统重量y₁＝f(V_g,P_s)，机动间隔时间y₂＝t＝g(V_g,P_s)为目标，利用多目标寻优方法求解出水基推进系统的气瓶体积V_g和电解池功率P_s的最优解集；f()、g()均为与气瓶总体积V_g及电解池功率P_s相关的函数；

(7)按照气瓶体积V_g和电解池功率P_s的最优解集，选取最优的水基推进系统规模参数，计算出该规模下可提供的单次速度增量Δv。

2.根据权利要求1所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，气瓶重量其中，P_g为气瓶的设计压力；电解池重量p为输入功率密度。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，气瓶体积分配满足：

4.根据权利要求3所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氧气和氢气的重量计算公式为：

式中，P₁为气瓶的最高工作压力，P₂为气瓶的最低工作压力，R为气体常数，T为气体温度，M_o、M_h分别为氧气和氢气的平均摩尔质量。

5.根据权利要求4所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，传统化学推进系统速度增量dv_t的计算公式为：

式中，I_t为传统化学推进系统发动机比冲。

6.根据权利要求5所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(4)中，水基推进系统所需要携带的推进剂的质量m_w1的计算公式为：

式中，I_w为水基推进系统发动机比冲，m_tg为传统化学推进系统的气瓶重量。

7.根据权利要求6所述的一种基于多目标寻优的水基推进系统最优效能确定方法，其特征在于：所述步骤(5)中，水基推进系统机动间隔时间t的计算公式为：

式中，P_w为供水压力，η为电解池的氢气产气速率。