CN103278281A - 一种转台法推力矢量测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转台法推力矢量测量系统，包括推力矢量测量装置、直流稳压电源、反馈监视仪表、推力校准装置、数据采集设备和矢量计算软件，直流稳压电源为测力传感器供电，反馈监视仪表用来监视测力传感器的供电桥压，推力校准装置用于标定系统对力值测量的输出特性、数据采集设备用于对传感器的信号输出进行采集及汇总处理、矢量计算软件根据实测传感器输出信号，计算出力值的空间矢量参数。

Description

一种转台法推力矢量测量系统

技术领域

本发明涉及一种转台法推力矢量测量系统，尤其涉及一种航天器用推力矢量转台法测量系统，属于参数测量技术领域。

背景技术

本测量系统主要针对轨控发动机的推力矢量测量。作为卫星变轨发动机，工作过程中产生的推力是一个空间力向量，其实际作用线一般偏离发动机喷管几何理论轴线，可用推力矢量偏移量δ、偏斜角α及方位角β、γ等参数来描述，是评价火箭发动机性能的重要指标。由于轨控发动机的推力力值较小，且根据点火状态不同，具有随机性，很难准确测量。目前采用转台法测量原理，利用发动机8次点火数据，求解超静定方程组，最终确定发动机的推力矢量参数。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服原轴向推力测量系统的不足，提供一种转台法推力矢量测量系统。本测量系统测量精度高、满足推力矢量测量要求。

本发明的技术解决方案是：转台法推力矢量测量系统，包括推力矢量测量装置、直流稳压电源、反馈监视仪表、推力校准装置、数据采集设备和矢量计算软件。直流稳压电源为测力传感器供电，反馈监视仪表用来监视测力传感器的供电桥压，推力校准装置用于标定系统对力值测量的输出特性、数据采集设备用于对传感器的信号输出进行采集及汇总处理、矢量计算软件根据实测传感器输出信号，计算出力值的空间矢量参数。

本发明与现有技术相比的优点在于：该测量系统在测量前，先通过轴向推力、侧向推力校验计算出装置的力值响应特性，能够模拟发动机产生的轴向即侧向力，使推力矢量测量装置具有较高的测量精度。

附图说明

图1为推力矢量坐标系示意图；

图2为轴向力校准示意图；

图3为侧向力校准示意图；

图4为转台结构示意图；

图5为系统组成示意图。

具体实施方式

转台法推力矢量测量装置研制机理是——将推力矢量的测量分解转化为测量沿X轴的轴向推力Fx和绕Z轴的转矩Mz，即一个主推力及两个侧向力Fy1和Fy2的测量。相对关系参见图1，以下皆采用右手直角坐标系法则。

OXYZ为转台坐标系，O`X`Y`Z`为发动机坐标系。发动机热试车时产生的发动机推力矢量F＝iFx+jFy+kFz，作用于发动机安装对接面(Y`O`Z`)上的A点；矢径Ry＝OA＝ix+jy+kz；推力矢量F对转台中心O点之矩M₀(F)可表示为(1)式：

$M_0\left(F\right)=R_y\×F$

$={\mathrm{iM}}_x+{\mathrm{jM}}_y+{\mathrm{kM}}_z=\left|\begin{array}{ccc}i& j& k\\ x& y& z\\ F_x& F_y& F_z\end{array}\right|---\left(1\right)$

推力矢量F在推力轴线方向(X轴方向)的分量(X`O`Y`平面内)为Fx，其垂直于推力轴线方向的分量(Z`O`Y`平面内)Fyz在转台上产生一个绕Z轴的力矩Mz，经过简单力学推导可得：

Mz＝xFy-yFx

结合图一所示几何关系可得：

-Mz＝RFxtgαcosy+δFx cosβ

当推力矢量装置使Y`O`Z`平面(即发动机对接面)绕OX轴旋转θi角(转台坐标系不变)，并沿OX轴移动Ri后，上式可写作：

-M_zi＝F_x(R_i tgαcos(γ+θ_i)+δcos(β+θ_i))    (2-1)

(2-1)式为转台力矩数学模型，式中：

α——推力矢量F与X轴之间夹角；

δ——推力矢量作用点距发动机坐标系原点O`的距离；

β——δ与O`Y`轴的夹角；

γ——侧向力Fyz与O`Y`轴的夹角；

Mz——推力矢量分力Fyz在转台上产生的绕Z轴的力矩；

Fx——实测推力矢量轴向分力；

Ri——发动机安装定位面与转台Z轴之距离；

θi——发动机旋转角度；

通过i≥4次试车，直接测量Mz、Fx、Ri、θI参数，求解(2-1)超静定力矩平衡方程，即可算出推力矢量参数α、β、γ、δ。

本发明推力矢量测量系统的基本结构参见附图2。系统由推力矢量测量装置、直流稳压电源、反馈监视仪表、推力校准装置、数据采集设备和矢量计算软件组成。

推力矢量测量装置的组成如下：

●两轴支撑垂直轴和水平轴两轴严格相交并垂直，动架由垂直轴悬吊并由垂直轴轴承支撑，水平轴采用密珠轴承结构，不仅可以转动而且可以沿轴向移动，且轴向摩擦力很小。用以改变发动机的角度和转动半径。

●轴向滑动力矩电机-左轴(只转)-螺纹传动——螺纹轴(只移动)-主推力传感器-密珠轴承-发动机架系统带动，改变发动机安装半径Ri。水平轴支撑采用特殊的密珠轴承结构，轴向摩擦很小。

●水平轴转动由组合式电机-谐波齿轮减速器驱动，经齿轮传动同时带动水平轴和动叉旋转，旋转角度由专门的角度传感器测出。水平轴的移动和转动都是独立地运动，互不影响。

●轴向力传感器安装在只能转动的左轴和水平轴之间，水平轴随左轴轴向运动时该传感器随之运动。发动机通过水平轴右端的发动机机架固定于水平轴上，水平轴由特殊的密珠轴承支承，发动机产生的推力通过水平轴作用于轴向力传感器上。

●侧向力传感器成对安装于动架的左端，远离发动机，当有侧向力作用于动架时，动架的尾翼通过专用阻尼器将力传递给侧向力传感器输出。

●双组元推进剂管路沿Z轴垂直悬吊引入，固定于动架尾翼上，末级管路加盘绕结构，刚性地引向发动机，末级管路在轴向移动及角向转动时与发动机同步同角运动。

●水冷底座和可移动式水冷隔热屏

●可移动式辅助引射器

●力校准系统包括轴向力校准和侧向力校准两部分，均采用人工加砝码式的重力校准方式。(轴向力校验示意如图2所示、侧向力校验示意如图3所示)。

Claims (1)

1.一种转台法推力矢量测量系统，其特征在于：包括推力矢量测量装置、直流稳压电源、反馈监视仪表、推力校准装置、数据采集设备和矢量计算软件；直流稳压电源为测力传感器供电，反馈监视仪表用来监视测力传感器的供电桥压，推力校准装置用于标定系统对力值测量的输出特性、数据采集设备用于对传感器的信号输出进行采集及汇总处理、矢量计算软件根据实测传感器输出信号，计算出力值的空间矢量参数。

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