CN105649817B - 姿控发动机矢量推力加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及姿控发动机矢量推力加载装置，包括加载头、连杆、传感器安装法兰以及后法兰，加载头的一端与发动机连接，加载头的另一端通过连杆与后法兰连接，传感器安装法兰位于后法兰与加载头之间，传感器安装法兰固定在不动的基础上，矢量力传感器的一端固定在传感器安装法兰上，矢量力传感器的另一端固定在加载头上；设加载头的中心位置为原点；加载头上的设置有六个拉环和两个压座；后法兰上设置有第七拉环；六个拉环和两个压座通过组合的方式实现Fy、Fz、Mx、My和Mz标准力的施加。本发明解决了矢量力传感器在试验现场原位校准过程中，矢量力传感器坐标系下的标准矢量力施加问题。

Description

姿控发动机矢量推力加载装置
技术领域
本发明涉及航天发动机试验，具体地说涉及姿控发动机矢量推力原位校准过程中，标准矢量推力加载的实现方法。
背景技术
火箭发动机在工作过程中，由于燃烧室、矢量喷管等内流场存在不对称流动，必然产生相对主推力矢量而言微小的侧向力。由于对飞行器的控制精度要求越来越高，这种微小的侧向力对飞行器的控制带来的影响作用需引起足够重视。
为了评估发动机的工作效果，现有技术中提供一种在高空模拟试验台上，研制了一套矢量推力测量系统，用于获取发动机工作的矢量推力。但由于液体火箭发动机工作过程中，需要试验台持续的给发动机供应推进剂，并且需要实时进行多参数测量，因此采用矢量力传感器直接进行液体火箭发动机矢量推力测量时，传感器测量的力值并不是真正的2000N发动机矢量推力，而是被推进剂供应管路、控制气管路、测量线缆等约束环节消耗后的矢量力，这导致矢量力传感器测量到的力值远小于发动机真实的矢量推力。因此需要进行原位校准，获取试验现场的校准系数，消除约束环节的影响。
对于矢量力传感器原位校准而言，涉及的标准力由三个方向的力载荷Fx、Fy、Fz以及三个方向的力矩载荷Mx、My、Mz构成，其标准力系的施加是其关键技术，如果标准力系施加的偏差较大，会严重影响校准精度。
发明内容
为了实现姿控发动机矢量推力测量传感器的原位校准，解决标准力系施加的技术问题，本发明提供一种姿控发动机矢量推力加载装置。
本发明的技术解决方案：
姿控发动机矢量推力加载装置，其特殊之处在于：包括加载头、连杆、传感器安装法兰以及后法兰，所述加载头的一端与发动机连接，所述加载头的另一端通过连杆与后法兰连接，所述传感器安装法兰位于后法兰与加载头之间，所述传感器安装法兰固定在不动的基础上，矢量力传感器的一端固定在传感器安装法兰上，矢量力传感器的另一端固定在加载头上；
设加载头的中心位置为原点，加载头与水平面平行的为X轴，与水平面垂直的为Z轴，发动机的中轴线为Y轴；
所述加载头上设置有六个拉环和两个压座；后法兰上设置有第七拉环；
拉环用于实现标准拉力的施加，具有3自由度，对施加的标准拉力具有补偿作用；压座用于实现标准推力的施加，具有3自由度，对施加的标准推力具有补偿作用；六个拉环和两个压座通过组合的方式实现Fy、Fz、Mx、My和Mz标准力的施加，所述Fy、Fz分别为在Y轴方向及Z轴方向的力载荷，所述Mx、My、Mz分别为在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向力矩载荷。
第一拉环位于加载头的X轴上，标准拉力F1通过第一拉环作用在加载头上，标准拉力F1的方向与X轴同向；第二、三拉环分别位于X轴上且以Y轴对称设置，标准拉力F6通过第二拉环作用在加载头上，标准拉力F7通过第三拉环作用在加载头上，标准拉力F6、标准拉力F7的均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第四拉环位于X轴上，第一压座位于X轴上，第四拉环与第一压座以Z轴对称设置；标准推力F8通过第一压座作用在加载头上，标准拉力F9通过第四拉环作用在加载头上，标准推力F8与标准拉力F9均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第五拉环位于加载头的Z轴上，标准拉力F3通过第五拉环作用在加载头上，标准拉力F3的方向与Z轴同向；第六拉环位于加载头的Z轴上，第二压座位于加载头的Z轴上，第六拉环与第二压座以X轴对称设置，标准拉力F5通过第六拉环作用在加载头上，标准推力F4通过第二压座作用在加载头上，标准拉力F5与标准推力F4均与Y轴平行，方向相反且大小相同；
标准拉力F2通过第七拉环作用在后法兰上，标准拉力F2的方向与Y轴一致。
矢量力传感器通过4个螺栓与传感器安装法兰固定；加载头与矢量力传感器之间通过2个定位销定位后，由4个螺栓固定；后法兰与加载头之间通过4个带有定位功能的连杆固定。
所述加载头、连杆和后法兰均采用轻质材料LV12制作。
本发明具有如下优点：
1、矢量推力加载装置中的加载头为一体加工成型，加工精度高，可保证拉环与压座等施力点的位置精度。
2、矢量推力加载装置加载力系通过9个标准力(F1-F9)组合加载，可以实现地轴系校准方法中三个方向的力载荷Fx、Fy、Fz以及三个方向的力矩载荷Mx、My、Mz的施加。
3、矢量推力测量装置中，4个连杆、后法兰与拉环组成中Fy标准力施加方法可以绕过传感器，将作用于传感器正表面的压载和转化为拉载和，从而实现发动机的安装。
4、矢量推力加载装置整体采用LV12制作，在满足刚度、强度的条件下，质量轻。
附图说明
图1为本发明加载头的结构示意图；
图2为姿控发动机矢量推力加载装置结构示意图；
其中附图标记为：1-加载头，2-矢量力传感器，3-传感器安装法兰，4-连杆，5-后法兰，11-第一拉环，12-第二拉环，13-第三拉环，14-第四拉环，15-第五拉环，16-第六拉环，17-第七拉环，21-第一压座，22-第二压座。
具体实施方式
如图1、图2所示，姿控发动机矢量推力加载装置由加载头1、连杆4、后法兰5、传感器安装法兰3、定位销、拉环、压座等部分组成。
矢量力传感器2校准前，通过4个M12的螺栓与传感器安装法兰3固定，传感器安装法兰3与不动的基础连接；加载头1与矢量力传感器2之间通过2个定位销定位后，由4个螺栓固定，加载头1上设置了定位孔，用于实现与发动机安装法兰的定位，原位校准前通过12个M8的螺栓与发动机连接固定；
拉环用于实现标准拉力的施加，具有3自由度，对施加的标准拉力具有补偿作用；压座用于实现标准压力的施加，具有3自由度，对施加的标准推力具有补偿作用；
后法兰通过4个带有定位功能的连杆与加载头连接固定，通过拉环实现Fx推力的加载；在加载头上安装6个拉环，2个压座，通过组合的方式可以实现Fy、Fz、Mx、My、Mz等标准力的施加。为了降低加载装置的重量，加载头、连杆、后法兰采用轻质材料LV12制作。下面结合附图对本发明进行进一步说明：
(1)进行垂直标准力Fx施加时，标准拉力F1通过第一拉环11直接作用于加载头1，再通过加载头1作用于矢量力传感器中心，从而实现标准力F1的轴线与矢量力传感器X轴重合；
(2)进行轴向标准力Fy施加时，标准拉力F2通过第七拉环17作用于后法兰，再通过4根连杆传递至加载头，最后通过加载头作用于矢量力传感器中心，从而实现标准拉力F2的轴线与矢量力传感器Y轴重合；
(3)进行水平标准力Fz施加时，标准拉力F3通过第五拉环15直接作用于加载头1，再通过加载头1作用于矢量力传感器2中心，从而实现标准力F3的轴线与矢量力传感器Z轴线重合；
(4)进行绕X轴力矩Mx施加时，标准拉力F5通过第六拉环作用于加载头，标准推力F4通过第二压座作用于加载头，第六拉环与第二压座的位置为关于X轴对称，两个作用点位于Y-Z平面内且连线与Z轴平行，F4与F5大小相等、方向相反，从结构上保证标准力轴线与矢量力传感器坐标系的Z轴相交，并与矢量力传感器Y轴平行，同时关于矢量力传感器X轴对称分布，从而实现绕X轴标准力矩Mx的施加。
(5)进行绕Y轴力矩My施加时，标准拉力F6、F7通过第二、第三拉环作用于加载头，两个拉环的位置为关于Y轴对称，F6与F7大小相等、方向相反，从而实现绕Y轴标准力矩My的施加。
(6)进行绕Z轴力矩Mx施加时，标准拉力F9通过第四拉环作用于加载头，标准推力F8通过第一压座作用于加载头，第四拉环与第一压座的位置为关于Z轴对称，F8与F9大小相等、方向相反，从而实现绕Z轴标准力矩Mz的施加。

Claims (4)

1.姿控发动机矢量推力加载装置，其特征在于：包括加载头、连杆、传感器安装法兰以及后法兰，所述加载头的一端与发动机连接，所述加载头的另一端通过连杆与后法兰连接，所述传感器安装法兰位于后法兰与加载头之间，所述传感器安装法兰固定在不动的基础上，矢量力传感器的一端固定在传感器安装法兰上，矢量力传感器的另一端固定在加载头上；
设加载头的中心位置为原点，加载头与水平面平行的为X轴，与水平面垂直的为Z轴，发动机的中轴线为Y轴；
所述加载头上设置有六个拉环和两个压座；后法兰上设置有第七拉环；
拉环用于实现标准拉力的施加，具有3自由度，对施加的标准拉力具有补偿作用；压座用于实现标准推力的施加，具有3自由度，对施加的标准推力具有补偿作用；六个拉环和两个压座通过组合的方式实现Fy、Fz、Mx、My和Mz标准力的施加，所述Fy、Fz分别为在Y轴方向及Z轴方向的力载荷，所述Mx、My、Mz分别为在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向力矩载荷。
2.根据权利要求1所述的姿控发动机矢量推力加载装置，其特征在于：
第一拉环位于加载头的X轴上，标准拉力F1通过第一拉环作用在加载头上，标准拉力F1的方向与X轴同向；第二、三拉环分别位于X轴上且以Y轴对称设置，标准拉力F6通过第二拉环作用在加载头上，标准拉力F7通过第三拉环作用在加载头上，标准拉力F6、标准拉力F7均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第四拉环位于X轴上，第一压座位于X轴上，第四拉环与第一压座以Z轴对称设置；标准推力F8通过第一压座作用在加载头上，标准拉力F9通过第四拉环作用在加载头上，标准推力F8与标准拉力F9均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第五拉环位于加载头的Z轴上，标准拉力F3通过第五拉环作用在加载头上，标准拉力F3的方向与Z轴同向；第六拉环位于加载头的Z轴 上，第二压座位于加载头的Z轴上，第六拉环与第二压座以X轴对称设置，标准拉力F5通过第六拉环作用在加载头上，标准推力F4通过第二压座作用在加载头上，标准拉力F5与标准推力F4均与Y轴平行，方向相反且大小相同；
标准拉力F2通过第七拉环作用在后法兰上，标准拉力F2的方向与Y轴一致。
3.根据权利要求1或2所述的姿控发动机矢量推力加载装置，其特征在于：矢量力传感器通过4个螺栓与传感器安装法兰固定；加载头与矢量力传感器之间通过2个定位销定位后，由4个螺栓固定；后法兰与加载头之间通过4个带有定位功能的连杆固定。
4.根据权利要求3所述的姿控发动机矢量推力加载装置，其特征在于：所述加载头、连杆和后法兰均采用轻质材料LV12制作。
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