CN108168774B - 一种空间矢量力校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机试验领域，具体涉及一种空间矢量力校准方法，其特征在于，使用一种空间矢量力模拟加载装置测量多个标准力和多组测量力，通过建立矢量推力测量模型，计算获得系数矩阵K和常数项矩阵B；与单方向校准方法相比，标准矢量力能更准确的模拟真实发动机矢量力的大小与方向，弥补了单向加载校准时矢量力代表性不足的缺陷，提高了发动机矢量力的测量精度。

Description

一种空间矢量力校准方法
技术领域
本发明属于航空发动机试验领域，具体涉及一种空间矢量力校准方法。
背景技术
随着现代航空航天技术的迅速发展，特别是推力矢量技术越来越成为发动机发展的一个重要方向。推力矢量技术可极大地提高作战飞机的性能、效率和战场生存能力，提升作战飞机的机动灵活性，而该技术前提是必须对矢量推力进行精确的测量。
矢量推力的测量需要矢量推力试车台，为保证矢量推力测量的准确性，就必须对矢量试车台进行矢量力校准。国内现有矢量台校准技术仅局限于对三个方向分别进行单一方向的校准，无法实现不同空间角度、不同力值大小的空间矢量力的校准。要获得矢量发动机试车时准确的推力测试结果，需要对矢量试车台进行空间矢量力校准，掌握标准矢量力与各测力传感器之间的函数关系。
发明内容
本发明的目的是：
本发明可对矢量试车台推力测量系统进行空间矢量力的校准，模拟矢量发动机的全部推力状态，为矢量推力测量系统的使用提供必要的技术数据，通过校准数据得到标准矢量力与各测力传感器之间的函数关系，从而提高矢量推力测量精度。
本发明的技术方案是：
一种空间矢量力校准方法，使用一种空间矢量力模拟加载装置测量多个标准力和多组测量力，通过建立矢量推力测量模型，计算获得系数矩阵K和常数项矩阵B。
所述的一种空间矢量力校准方法，包括以下步骤：
步骤1、建立矢量推力测量模型；
步骤2、获取标准力和测量力的值；
步骤3、通过矢量推力测量模型计算获得系数矩阵K和常数项矩阵B。
所述的一种空间矢量力校准方法，所述步骤1建立的矢量推力测量模型为：
Figure GDA0002229736440000011
Figure GDA0002229736440000012
Figure GDA0002229736440000021
F--矢量推力；
K--系数矩阵；
B--常数项矩阵；
Fx--分解在x方向的矢量力；
Fy--分解在y方向的矢量力；
Fz--分解在z方向的矢量力；
Fx1-x、Fx2-x--主推力方向传感器测量值；
Fy1-y、Fy2-y、Fy3-y--垂直方向传感器测量值；
Fz1-z--侧向传感器测量值；
所述的一种空间矢量力校准方法，所述的一种空间矢量力模拟加载装置包括：模拟发动机(Ⅰ)、转向机构(Ⅱ)、加载机构(Ⅲ)、空间矢量力测量机构(Ⅳ)，加载机构(Ⅲ)提供力，模拟发动机(Ⅰ)承受力，转向机构(Ⅱ)改变力的方向，空间矢量力测量机构(Ⅳ)测量模拟发动机(Ⅰ)承受的力的大小和方向；模拟发动机(Ⅰ)安装在矢量试车台动架(Ⅴ)上，转向机构(Ⅱ)通过支架固定在矢量试车台定架(Ⅵ)上，加载机构(Ⅲ)、空间矢量力测量机构(Ⅳ)安装在转向机构(Ⅱ)上；转向机构(Ⅱ)包括转向盘(1)，导轨(2)和移动块(3)，转向盘中心设有一个中心螺纹孔，转向盘边缘设有一圈均布的边缘螺纹孔，导轨(2)的一端在转向盘中心的中心螺纹孔固定，另一端可以在边缘任意一个边缘螺纹孔固定，移动块(3)安装在导轨(2)上，并可在导轨(2)上任意位置移动；在矢量试车台动架(Ⅴ)与矢量试车台定架(Ⅵ)之间设有三个垂直方向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个侧向力传感器。
所述的一种空间矢量力校准方法，所述步骤2包括：
步骤2.1采集三个垂直方向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个侧向力传感器的零点值；
步骤2.2改变移动块(3)在导轨(2)上的位置来调节轴向角度的变化，改变导轨(2)在边缘孔的固定位置来调节周向角度，加载机构(Ⅲ)在不同角度给装置施加不同大小的标准力F，标准传感器测量标准力F的大小，利用三坐标测量仪，测量方向指示杆的轴向角度和周向角度；采集三个垂直方向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个侧向力传感器在不同受力情况下的数值；
步骤2.3通过标准力F及轴向角度和周向角度计算获得Fx、Fy、Fz。
所述的一种空间矢量力校准方法，所述步骤3包括，将测得的主推力方向传感器测量值Fx1-x、Fx2-x；Fy1-y、Fy2-y、Fy3-y垂直方向传感器测量值；侧向传感器测量值Fz1-z；及计算得到的Fx、Fy、Fz带入矢量推力测量模型，采用MATLAB软件解超定方程组，得到方程组的最小二乘解，即为系数矩阵K和常数项矩阵B。
本发明的优点是：
本研究提出的一种空间矢量力校准方法，通过对模拟发动机施加不同空间角度、不同力值大小的空间矢量力，获取标准矢量力与各测力传感器之间的函数关系，实现了矢量试车台推力测量系统矢量力校准的目的。与单方向校准方法相比，标准矢量力能更准确的模拟真实发动机矢量力的大小与方向，弥补了单向加载校准时矢量力代表性不足的缺陷，提高了发动机矢量力的测量精度。
附图说明
图1空间矢量力模拟加载装置；
图2转向机构。
具体实施方式
1建立矢量推力测量模型
发动机矢量推力可用以下方法计算得到：
Figure GDA0002229736440000031
Figure GDA0002229736440000032
Figure GDA0002229736440000033
F--矢量推力；
K--系数矩阵；
B--常数项矩阵；
Fx--分解在x方向的矢量力；
Fy--分解在y方向的矢量力；
Fz--分解在z方向的矢量力；
Fx1-x、Fx2-x--主推力方向传感器测量值；
Fy1-y、Fy2-y、Fy3-y--垂直方向传感器测量值；
Fz1-z--侧向传感器测量值；
系数矩阵K和常数项矩阵B是现场矢量推力校准得到的。
2空间矢量推力校准
在进行空间矢量推力校准前，松开所有动架锁紧装置，在加载机构与模拟发动机处于脱开状态时，采集六个测力传感器的零点值。
矢量推力方向角的变化可以分解为周向角度变化和轴向角度变化，校准系统可通过改变移动块在导轨上的位置来调节轴向角度的变化，导轨的一端固定在转向盘的中心孔，另一端可以固定在转向盘边缘的任意一个孔，因此可以通过改变导轨在边缘孔的固定位置来调节周向角度。矢量推力大小可以通过液压缸来调节。
将标准测力传感器的输出接入测试系统，在测试系统中记录每一个校准点标准力的力值大小。利用三坐标测量仪，测量方向指示杆的轴向角度和周向角度。计算获得Fx、Fy、Fz
六个传感器测量得到n组数据
3K矩阵和B矩阵的计算
利用校准得到的标准力值的大小、轴向角度和周向角度，计算得到分解在X、Y、Z方向的力Fx、Fy、Fz。采用MATLAB软件解超定方程组，得到方程组的最小二乘解，即为系数矩阵K和常数项矩阵B。

Claims (4)

1.一种空间矢量力校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、使用一种空间矢量力模拟加载装置测量多个标准力和多组测量力，以此建立矢量推力测量模型；
步骤2、获取标准力和测量力的值；
步骤3、通过矢量推力测量模型计算获得系数矩阵K和常数项矩阵B；
上述的一种空间矢量力模拟加载装置包括：模拟发动机(Ⅰ)、转向机构(Ⅱ)、加载机构(Ⅲ)、空间矢量力测量机构(Ⅳ)，加载机构(Ⅲ)提供力，模拟发动机(Ⅰ)承受力，转向机构(Ⅱ)改变力的方向，空间矢量力测量机构(Ⅳ)测量模拟发动机(Ⅰ)承受的力的大小和方向；模拟发动机(Ⅰ)安装在矢量试车台动架(Ⅴ)上，转向机构(Ⅱ)通过支架固定在矢量试车台定架(Ⅵ)上，加载机构(Ⅲ)、空间矢量力测量机构(Ⅳ)安装在转向机构(Ⅱ)上；转向机构(Ⅱ)包括转向盘(1)，导轨(2)和移动块(3)，转向盘中心设有一个中心螺纹孔，转向盘边缘设有一圈均布的边缘螺纹孔，导轨(2)的一端在转向盘中心的中心螺纹孔固定，另一端可以在边缘任意一个边缘螺纹孔固定，移动块(3)安装在导轨(2)上，并可在导轨(2)上任意位置移动；在矢量试车台动架(Ⅴ)与矢量试车台定架(Ⅵ)之间设有三个垂直方向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个侧向力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种空间矢量力校准方法，其特征在于，所述步骤1建立的矢量推力测量模型为：
Figure FDA0002229736430000011
Figure FDA0002229736430000013
F--矢量推力；
K--系数矩阵；
B--常数项矩阵；
Fx--分解在x方向的矢量力；
Fy--分解在y方向的矢量力；
Fz--分解在z方向的矢量力；
Fx1-x、Fx2-x--主推力方向传感器测量值；
Fy1-y、Fy2-y、Fy3-y--垂直方向传感器测量值；
Fz1-z--侧向传感器测量值。
3.根据权利要求1所述的一种空间矢量力校准方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1采集三个垂直方向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个侧向力传感器的零点值；
步骤2.2改变移动块(3)在导轨(2)上的位置来调节轴向角度的变化，改变导轨(2)在边缘孔的固定位置来调节周向角度，加载机构(Ⅲ)在不同角度给装置施加不同大小的标准力F，标准传感器测量标准力F的大小，利用三坐标测量仪，测量方向指示杆的轴向角度和周向角度；采集三个纵向力传感器，两个主推力方向力传感器和一个垂直方向力传感器在不同受力情况下的数值；
步骤2.3通过标准力F及轴向角度和周向角度计算获得Fx、Fy、Fz。
4.根据权利要求3所述的一种空间矢量力校准方法，其特征在于，所述步骤3包括，将测得的主推力方向传感器测量值Fx1-x、Fx2-x；Fy1-y、Fy2-y、Fy3-y垂直方向传感器测量值；侧向传感器测量值Fz1-z；及计算得到的Fx、Fy、Fz带入矢量推力测量模型，采用MATLAB软件解超定方程组，得到方程组的最小二乘解，即为系数矩阵K和常数项矩阵B。
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