CN103954389A - 燃气舵测力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气舵测力装置，其包括燃气舵部件、接头、防热单元、测力天平、传动单元、驱动单元、角度测量单元和基座单元，防热单元包括前防热板、钢板座、天平罩、隔热板、机构保护罩和防热盖板，前放热板固定在所述钢板座上，接头穿过前防热板和钢板座的通孔与燃气舵部件相连；测力天平通过隔热板和接头与燃气舵部件相连，传动单元包括传动轴和轴承部，传动轴的前端与测力天平利用销钉相连接；驱动单元包括伺服电机和减速器，减速器的输出轴前端与传动轴的后端相连；角度测量单元包括转换轴、联轴器、角度传感器和传感器座，角度传感器经由所述联轴器和所述转换轴与所述减速器的输出轴后端相连。该燃气舵测力装置用于助推器地面热试车试验。

Description

燃气舵测力试验装置

技术领域

本发明涉及应用于助推器地面热试车试验中的燃气舵测力试验装置。

背景技术

随着试验技术的发展，导弹在助推一级飞行阶段采用燃气舵进行姿态稳定和转向控制的越来越多。燃气舵工作在高温超声速燃气流中，其特点与超声速空气舵既有相似之处又有不同的地方，相似之处是来流均为超声速气流，舵面控制力特性基本符合超声速线化理论，通过燃气舵风洞试验，能够得到在燃气流中随舵偏角作用在燃气舵上的力和力矩；不同之处是风洞试验与真实飞行状态的工作环境差异很大，燃气舵实际工作时温度更高、动压更大，同时燃气流里面固体颗粒对舵面冲刷严重，这些差异在不同程度上会影响到燃气舵的各项性能。为获取燃气舵在真实助推器喷流流场中的工作性能，需要开展助推器工作状态下的燃气舵测力试验，测量燃气舵在不同舵偏角下的力和力矩，验证燃气舵的工作性能。

燃气舵测力装置是助推器工作状态下燃气舵测力的基本设备，其功能及测量精度直接决定了测力试验的准确性。随着在助推器地面试车试验中进行燃气舵测力试验的增多，设计一种能够满足试验需要，且结构简单、通用性强的测力装置就很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于助推器地面试车试验的燃气舵测力装置，能够控制燃气舵在发动机的高温燃气流中偏转，并测量燃气舵的实际方位角；测量发动机燃气流作用在转动的燃气舵上的力及力矩：法向力、轴向力、铰链力矩、偏航力矩和俯仰力矩；同时该燃气舵测力装置具有防热措施，使燃气舵测力装置在试验过程中不会被烧坏。

本发明的燃气舵测力装置包括燃气舵部件和装置主体；所述装置主体包括接头、防热单元、测力天平、传动单元、驱动单元、角度测量单元和基座单元；所述防热单元包括前防热板、钢板座、天平罩、隔热板、机构保护罩和防热盖板，所述前防热板固定在所述钢板座上，配置于装置主体最前面，以阻挡发动机火焰对装置主体的损坏，所述前防热板和所述钢板座具有同轴并相同直径的通孔，该直径大于所述接头的圆柱段的直径；所述接头穿过所述前防热板和所述钢板座的通孔与所述燃气舵部件相连；所述测力天平通过所述隔热板和所述接头与所述燃气舵部件相连，用于测量燃气舵所受的气动载荷；所述传动单元包括传动轴和轴承部，所述传动轴的前端与所述测力天平利用销钉相连接；所述驱动单元包括伺服电机和减速器，所述减速器的输出轴前端与所述传动轴的后端相连；所述角度测量单元包括转换轴、联轴器、角度传感器和传感器座，所述角度传感器经由所述联轴器和所述转换轴与所述减速器的输出轴后端相连。

优选所述燃气舵部件与所述接头轴孔配合，并通过定位销固定在一起。

优选所述接头与所述前防热板和所述钢板座的通孔之间的径向间隙为3～5mm；

优选所述前防热板采用的防火材料与利用所述燃气舵部件的飞行器上所安装的发动机上使用的防火材料相同。

优选所述防热盖板采用的防火材料与利用所述燃气舵部件的飞行器上所安装的发动机上使用的防火材料相同。

优选所述测力天平为五分量应变天平，其两端分别以法兰与所述接头和所述传动轴连接。

优选所述天平罩固定在所述测力天平的后端，所述天平罩上具有通孔，用于使所述接头穿过而与所述测力天平相连。所述天平罩的通孔与所述接头之间的径向间隙为3～5mm。

优选所述基座单元包括底板和定位板，所述定位板安装于所述底板的下方，所述钢板座、所述机构保护罩、所述传动单元、所述驱动单元和所述角度测量单元均安装在所述底板上。

燃气舵部件通常由试验方提供。防热单元包括前防热板、天平罩和机构保护罩等；前防热板安装在燃气舵的后方，测力天平的前方，固定在钢板座上，主要功能为隔开发动机喷出的高温火焰，保护天平及传动机构不被烧坏，连接天平和燃气舵的接头从前防热板和钢板座中间穿过，接头与前防热板和钢板座之间具有径向间隙，该间隙的大小既要使试验时接头与前防热板和钢板座不能碰撞，又要防止火焰穿过；天平罩固定在天平的后方，机构保护罩安装在底板上，对燃气舵测力装置进行整体防热保护。测力天平为五分量应变天平，其前端通过接头与燃气舵相连，后端与传动轴连接。传动轴安装在轴承部上，前端与测力天平相连，后端与驱动单元相连。驱动单元包括伺服电机和减速器，可以提供燃气舵需要的运动形式，驱动单元的后端安装有高精度角度传感器，可以实时测量燃气舵的方位角。钢板座、机构保护罩、传动单元、驱动单元和角度测量单元均安装在所述底板上，便于整体安装和调试。

发明效果

1、燃气舵测力装置能驱动燃气舵在发动机尾喷流中实现多种形式的快速、准确偏转，得到丰富的试验数据；

2、燃气舵测力装置能准确测量燃气舵所受的气动力及对应的偏转角度，应变天平测量精度优于0.3％，角度测量误差≤0.05°；

3、防热单元设计完善，除防热板外，其余部件试验后不会损坏，下次试验还可继续使用，显著降低试验成本；

4、通用性强：调整天平量程和相关部件尺寸就可用于不同型号的燃气舵测力试验；

5、测力天平的两端采用法兰连接，驱动单元包括伺服电机和减速器，整套装置设计紧凑，总体尺寸较小(底板长600mm、宽260mm)，既满足使用要求又便于安装和调试。

附图说明。

图1为表示燃气舵测力装置结构的示意图。

图2为表示接头通过防热部件缝隙的示意图。

图3(1)、(2)为表示测力天平结构的示意图。

图4为表示燃气舵测力装置去除部分的保护护罩和天平罩的内部结构的立体图。

符号说明

1、底板，2、定位板，3、燃气舵部件，4、前防热板，5、钢板座，6、接头，7、定位销，8、石棉布，9、压环，10、隔热板，11、测力天平，12、天平罩，13、传动轴，14、轴承部，15、防热盖板，16、机构前保护罩，17、机构后保护罩，18、垫块，19、减速器，20、伺服电机，21、转换轴，22、联轴器，23、角度传感器，24、传感器座，25、销钉，401、通孔，501、通孔，601、圆柱段，121、通孔，191、输出轴前端，192、输出轴后端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。以安装燃气舵部件一方为前方。

本发明是一种应用于助推器地面试车试验的燃气舵测力装置，该燃气舵测力装置可安装在固定于地面的支撑板上，通过调整支撑板与固定发动机的试车台之间的相对位置实现燃气舵与发动机尾喷口的相对定位。一套燃气舵测力装置能控制一片燃气舵偏转，并测量其真实偏转角度和对应的气动载荷，一般燃气舵测力试验需要测量四片舵的气动载荷，因此需要四套相同的燃气舵测力装置。

如图1所示，燃气舵测力装置包括燃气舵部件3和接头6、防热单元(4、5、8、9、10、12、15、16、17)、测力天平11、传动单元(13、14)、驱动单元(19、20)、角度测量单元(21、22、23、24)及基座单元(1、2)等。

如图1、图2、图3和图4所示，燃气舵部件3与接头6是轴孔配合，通过定位销7固定在一起，由此可以将燃气舵部件3配置于装置主体的前方。前防热板4安装在钢板座5上，钢板座5固定在底板1上，前防热板4选用发动机上使用的防火材料，该发动机是使用上述燃气舵部件3的飞行器上所安装的发动机，可有效阻挡发动机火焰对装置主体的损坏，其厚度可根据需要进行选择。前防热板4上加工有前通孔401，钢板座5上加工有通孔501，通孔401与通孔501同轴并直径相同，该直径大于接头6的圆柱段601的直径，以使接头6能够穿过前防热板4和钢板座5不与它们相触碰，接头6上的圆柱段601与通孔401、501之间径向间隙的大小必须经过变形计算和测量而确定，径向间隙太大，会形成火焰的通路，烧坏后面的部件，径向间隙太小，接头6的圆柱段601可能会与前防热板4和钢板座5相碰，导致测力天平11测得的数据失真，根据经验径向间隙通常在3～5mm之间。在钢板座5的后方，在接头6的圆柱段601上缠裹合理尺寸的石棉布8，通过压环9将其固定，可阻挡穿过缝隙的火焰对测力天平11的损坏。接头6、隔热板10和测力天平11之间用销钉25连接，销钉25既有连接作用又可定位，为保证强度，其材质可选用30CrMnSi，隔热板10的材料为普通耐热玻璃钢，可有效减缓接头6到测力天平11的热传递。本发明中测力天平11采用五分量应变天平，也可以采用其他天平。测力天平11上安装有天平罩12，天平罩12固定在测力天平11的后端，既防止热辐射对测力天平11的损坏，又不会增加外部载荷对测力天平11的干扰，其材料选用普通耐热玻璃钢，也可选用其他材料。天平罩12上的通孔121同接头6上的圆柱段601之间的间隙与接头6上的圆柱段601与通孔401、501之间的间隙相同。测力天平11与传动轴13的前端用销钉25连接，销钉25既保证传力又有定位功能。传动轴13支撑在轴承部14上，轴承部14固定在底板1上，由于轴承部14的位置最终决定了燃气舵部件3的位置，因此其位置安装必须精确。传动轴13的后端与减速器19的输出轴前端191连接，减速器19的输出轴后端192上安装转换轴21，减速器19的输出轴191、192的高度通过垫块10调整，减速器19上方安装有伺服电机20，控制减速器19的运动并提供动力。转换轴21通过联轴器22与角度传感器23连接，角度传感器23安装在传感器座24上，传感器座24固定在底板1上。机构前保护罩16和机构后保护罩17均安装在底板1上，由于试验时机构前保护罩16距离火焰比较近，因此机构前保护罩16上还安装有防热盖板15，其中机构前保护罩16和机构后保护罩17可选用常用钢板，防热盖板15材料与前防热板4相同，但厚度比前防热板4小很多。底板1的下面安装有定位板2，在整个装置安装时起定位作用。

燃气舵测力装置工作流程：

试验时，伺服电机20转动，带动减速器19的输出轴前端191和输出轴后端192转动，经由输出轴前端191通过传动轴13、测力天平11和接头6带动燃气舵部件3在发动机火焰中偏转，根据测力天平11测量的信号进行计算，能够得到燃气舵部件3所受的气动载荷；经由输出轴后端192通过转换轴21和联轴器22将运动传递到角度传感器23，由角度传感器23的输出信号可计算出输出轴的转动角度，从而可以得到燃气舵部件3的实际偏转角度。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.一种燃气舵测力装置，其特征在于：包括燃气舵部件和装置主体； 

所述装置主体包括接头、防热单元、测力天平、传动单元、驱动单元、角度测量单元和基座单元； 

所述防热单元包括前防热板、钢板座、天平罩、隔热板、机构保护罩和防热盖板，所述前防热板固定在所述钢板座上，配置于所述装置主体最前面，以阻挡发动机火焰对所述装置主体的损坏，所述前防热板和所述钢板座具有同轴并相同直径的通孔，该直径大于所述接头的圆柱段的直径； 

所述接头穿过所述前防热板和所述钢板座的通孔与所述燃气舵部件相连； 

所述测力天平通过所述隔热板和所述接头与所述燃气舵部件相连，用于测量燃气舵所受的气动载荷； 

所述传动单元包括传动轴和轴承部，所述传动轴的前端与所述测力天平利用销钉相连接； 

所述驱动单元包括伺服电机和减速器，所述减速器的输出轴前端与所述传动轴的后端相连； 

所述角度测量单元包括转换轴、联轴器、角度传感器和传感器座，所述角度传感器经由所述联轴器和所述转换轴与所述减速器的输出轴后端相连。 

2.根据权利1所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述燃气舵部件与所述接头轴孔配合，并通过定位销固定在一起。 

3.根据权利1所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述接头与所述前防热板和所述钢板座的通孔之间的径向间隙为3～5mm。 

4.根据权利1或3所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述前防热板采用的防火材料与利用所述燃气舵部件的飞行器上所安装的发动机上使用的防火材料相同。 

5.根据权利1所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述防热盖板采用 的防火材料与利用所述燃气舵部件的飞行器上所安装的发动机上使用的防火材料相同。 

6.根据权利1所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述测力天平为五分量应变天平，其两端分别以法兰与所述接头和所述传动轴连接。 

7.根据权利要求1或6所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述天平罩固定在所述测力天平的后端，所述天平罩上具有通孔，用于使所述接头穿过而与所述测力天平相连。所述天平罩的通孔与所述接头之间的径向间隙为3～5mm。 

8.根据权利1所述的燃气舵测力装置，其特征在于：所述基座单元包括底板和定位板，所述定位板安装于所述底板的下方，所述钢板座、所述机构保护罩、所述传动单元、所述驱动单元和所述角度测量单元均安装在所述底板上。