CN107907342B

CN107907342B - 利用校准装置实现斜置喷管轴向加力的原位校准方法

Info

Publication number: CN107907342B
Application number: CN201711361494.6A
Authority: CN
Inventors: 雷娅琴; 赵继伟; 崔宇杰; 成宝山; 杜保强; 曲悠扬; 王哲; 张淑安
Original assignee: Observation And Control Technology Research Institute Of Xi'an Space Dynamic
Current assignee: Observation And Control Technology Research Institute Of Xi'an Space Dynamic
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN107907342A

Abstract

本发明提出一种利用校准装置实现斜置喷管轴向加力的原位校准方法；斜支撑安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上，油缸支架上固定安装油缸定位调节机构；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致。本发明能够标定发动机推力在垂直方向上的分力所产生的摩擦阻力带来的系统误差。

Description

利用校准装置实现斜置喷管轴向加力的原位校准方法

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机静止试验推力测量技术领域，具体为一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准装置。

背景技术

发动机推力作为衡量固体火箭发动机外弹道性能的重要参数，是发动机地面性能试验最主要的测试参数。试验前的校准，尤其是原位校准可以消除测试系统，甚至试验架等因素造成的系统误差，保证测量的准确性。

某型号滚控发动机采用斜置式摆动喷管，由于喷管不在燃烧室轴线上，推力存在着垂直方向和水平方向上的分力，其中，垂直方向上的分力会作用在动-定架之间的线性运动轴承上，产生滚动摩擦阻力，该摩擦阻力会随发动机推力的变化而变化，因此会产生较大的系统误差。

传统的原位校准方式如图1所示，是将校准装置安装在试验架的测力组件与过渡架之间，此时校准装置所产生的力为水平方向的力，且直接作用在测力组件上，因此，试验架的误差，尤其是因为发动机推力在垂直方向上的分力所产生的摩擦阻力带来的系统误差并没有被标定出来，这将导致斜置式摆动喷管发动机的推力测量误差较大。

发明内容

为解决采用现有原位校准方式校准斜置式摆动喷管发动机推力时，无法标定发动机推力在垂直方向上的分力所产生的摩擦阻力带来的系统误差的问题，本发明提出了一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准装置，通过与燃烧室轴向加力方法的对比，确定试验架对发动机推力测量的影响，解决斜置式摆动喷管发动机的推力校准难题，提高推力的校准精度，满足了某滚控发动机地面点火试验的推力原位校准要求。

本发明的技术方案为：

所述一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准装置，包括定架、动架、测力组件、承力墩，承力墩固定在定架上，发动机燃烧室安装在动架内，测力组件安装在动架与承力墩之间，且测力组件与发动机燃烧室同轴；其特征在于：还包括喷管定位盘、标准传感器、加力油缸、油缸定位调节机构、油缸支架和斜支撑；

斜支撑固定安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上部连接法兰上，油缸支架上部侧面固定安装有油缸定位调节机构；油缸定位调节机构端面四边安装有连接耳片；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，并能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致。

有益效果

本发明首次采用喷管轴向加力的推力原位校准方法，设计一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准装置，并与轴向原位校准方式进行对比，验证了该校准方法的合理性，解决了斜置式摆动喷管发动机的推力校准难题，提高了推力的校准精度。结构设计新颖、创新性强，经过多次试验验证，加力方法可靠、力值加载稳定、推力校准精度较高、一致性好，满足滚控发动机地面性能试验推力校准的要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：传统的推力原位校准装置结构图；

图2：本发明中的推力原位校准装置结构图；

其中：1-喷管定位盘；2-球接头；3-标准传感器；4-油缸接头；5-加力油缸；6-调节螺栓；7-油缸定位调节机构；8-连接螺栓；9-油缸支架；10-连接螺栓；11-斜支撑；12-连接螺栓；13-发动机；14-动架；15-测力组件；

图3：油缸结构图；(a)、主视图；(b)、剖视图；

图4：球接头结构图；

图5：油缸接头结构图；

图6：油缸定位调节机构结构图；(a)、主视图；(b)、侧视图；(c)、俯视图；

图7：油缸支架结构图；(a)、主视图；(b)、侧视图；(c)、俯视图；

图8：斜支撑结构图；(a)、主视图；(b)、侧视图；(c)、俯视图；

图9：喷管定位盘结构图；(a)、侧视图；(b)、主视图；

图10：发动机喷管轴向加力原位校准状态；

图11、发动机燃烧室轴向加力原位校准状态。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图2所示，本实施例中的斜置喷管轴向加力的推力原位校准装置采用斜置式组合结构，除了包括常规的定架、动架、测力组件、承力墩外，还包括喷管定位盘、标准传感器、加力油缸、油缸定位调节机构、油缸支架和斜支撑。

承力墩固定在定架上，发动机燃烧室安装在动架内，测力组件安装在动架与承力墩之间，且测力组件与发动机燃烧室同轴。

本发明的主要技术点在于：在校准力源(加力油缸)的底部设计上下左右联调机构(油缸定位调节机构)，可以根据推力校准工作的实际需要，调整校准力源的加载角度，保证校准方向与发动机喷管同轴。喷管定位盘可以实现在喷管上准确加力时加力点的准确选择。

喷管定位盘的设计：设计喷管定位盘，喷管定位盘扣在喷管出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，保证了喷管轴线与喷管定位盘轴线的一致性，实现了力源在喷管上的加载。

油缸定位调节机构的设计：在校准力源(加力油缸)的底部设计上下左右联调机构(油缸定位调节机构)，通过油缸定位调节机构端面四个边上的连接耳片，调整加力油缸的轴线位置，从而可以根据推力校准工作的实际需要，保证校准方向与发动机喷管同轴。

在校准前，先将喷管定位盘1安装在发动机的喷管上，将斜支撑11通过连接螺栓12安装在定架上，用连接螺栓10将油缸支架9安装在斜支撑11上端的连接法兰上，用连接螺栓8将油缸定位调节机构7安装在油缸支架9上，用调节螺栓6将加力油缸5安装在油缸定位调节机构7上，再依次安装油缸接头4、标准传感器3和球接头2，通过调节油缸定位调节机构7及调节螺栓6，使得球接头顶在喷管定位盘的中心点上，且保证校准方向与发动机喷管同轴。

校准时，加力油缸施加的力与喷管同轴，通过标准传感器作用到发动机喷管上，加力油缸施加的力由标准传感器测得，其水平方向上的分力通过发动机13、动架作用到测力组件15上，测力组件测得的推力数据由数据采集系统采集，垂直方向上的分力作用到动架上，并产生摩擦阻力，该摩擦阻力随加力油缸施加力的变化而变化，这与发动机点火试验时的状态基本一致，所以可以将动架、定架及测试系统的误差标定出来，从而消除动架、定架及测试系统的系统误差。

本实施例中，为了消除试验架阻力对推力测量的影响，采用现场校准和原位校准相结合的推力校准方法，对测力组件进行了校准，校准数据由测量系统进行记录和处理，校准过程如下，其中原位校准采用本发明的喷管轴线原位校准和传统的燃烧室轴线原位校准进行对比。

1)现场校准

采用现场校准法确定校准系数。现场校准即是把测力组件和标准传感器以串接的方式放置在承力架上，用加力装置按预定的加力等级和校准次数给测力组件加力，力值的大小由标准传感器的输出来判读。通过反复加力，得到若干个校准点值，再通过数据处理即可得到静态校准系数和静态校准精度。

2)原位校准

采用喷管轴向加力原位校准方法和燃烧室轴向加力原位校准方法两种形式进行推力原位校准。

(1)喷管轴向加力原位校准方法

通过对发动机喷管方向加力的方法进行推力原位校准。标准传感器和测力组件按图10的位置安装在试验架上，用油缸加力装置进行加力。由图10可见，加力装置和标准传感器均安装在发动机喷管的出口处。标准传感器的受力方向与测力组件不同，它们之间的夹角为15°。原位校准时，在加力方向上按F₁力值给标准传感器加力，测力组件测到的力值为F₂，得到两个力值的函数关系，通过推力的原位校准可消除喷管轴线与发动机轴线间15°夹角的影响。通过标准传感器的输出获得所加力值的大小，同时读取测力组件的输出，即可得到各校准点的数值，从而完成原位校准工作。

(2)燃烧室轴向加力的原位校准方法：

通过对发动机燃烧室轴线方向加力的方法进行推力原位校准。把标准传感器和测力组件按图11的位置安装在试验架上，用加力装置进行加力。此加力装置和标准传感器均安装在发动机燃烧室的端面处。由图11可见，标准传感器的受力方向与测力组件相同，原位校准时，通过标准传感器的输出获得所加力值的大小，同时读取测力组件的输出，即可得到各校准点的数值，从而完成原位校准工作。

3)推力校准和测量结果

通过对燃烧室轴向加力原位校准和喷管方向加力原位校准两种方法进行比较，喷管方向加力原位校准能够标定发动机推力在垂直方向上的分力所产生的摩擦阻力带来的系统误差。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种利用校准装置实现斜置喷管轴向加力的原位校准方法，其特征在于：

所述校准装置包括定架、动架、测力组件、承力墩，承力墩固定在定架上，发动机燃烧室安装在动架内，测力组件安装在动架与承力墩之间，且测力组件与发动机燃烧室同轴；还包括喷管定位盘、标准传感器、加力油缸、油缸定位调节机构、油缸支架和斜支撑；

斜支撑固定安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上部连接法兰上，油缸支架上部侧面固定安装有油缸定位调节机构；油缸定位调节机构端面四边安装有连接耳片；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，并能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致；

方法包括以下步骤：

首先对测力组件进行现场校准：把测力组件和标准传感器以串接的方式放置在承力架上，用加力装置按预定的加力等级和校准次数给测力组件加力，力值的大小由标准传感器的输出来判读；通过反复加力，得到若干个校准点值，再通过数据处理得到静态校准系数和静态校准精度；

其次将原位校准装置安装到发动机的斜置喷管上，加力油缸施加的力与斜置喷管同轴，通过标准传感器作用到发动机斜置喷管上，加力油缸施加的力由标准传感器测得，其水平方向上的分力通过发动机、动架作用到测力组件上，测力组件测得的推力数据由数据采集系统采集，垂直方向上的分力作用到动架上，并产生摩擦阻力，该摩擦阻力随加力油缸施加力的变化而变化，从而将动架、定架及测试系统的误差标定出来，消除动架、定架及测试系统的系统误差。