CN108731958B - 一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，进而涉及所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置。所述电缆脱开装置既满足火箭起飞前根部弯矩的实时监测要求，又不影响火箭安全起飞，其适应靶场流程、工作可靠、易于扯断。一种所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置，以验证所述电缆脱开装置的脱开有效性和安全性。

Description

一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置

技术领域

本发明涉及一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，进而涉及所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置。

背景技术

为了获取靶场浅层风作用下的火箭的箭体风载荷，验证风载荷设计及防风减载结构的效果，对运载火箭在靶场技术区到发射区的转场过程以及发射区火箭加注后开塔至发射前的状态，常采用火箭根部弯矩监测系统对火箭根部弯矩载荷进行监测。根据运载火箭和靶场的要求，监测方法要求简捷、优化，尽量减小对靶场测、发、控系统的影响，特别是不能影响靶场和火箭的安全。由于监测系统不随火箭上天，因此该监测系统既要满足火箭起飞前根部弯矩的实时监测要求，又不能影响火箭安全起飞，这就对电缆断开提出了要求：需要在不改变火箭状态的条件下，优先保证电缆可靠断开、不影响火箭安全起飞，再保证在火箭转运和发射前传输应变信号。

运载火箭根部弯矩监测在工程中有一定的应用，德尔塔Ⅳ火箭采用了底部弯矩监控技术。但国内较少涉及运载火箭根部弯矩监测，常见的脱拔插头式连接电缆不适用于该监测系统，原因如下：(1)不易在发射台支撑柱上安装，插头和插座需要分别固定在发射台支撑柱和火箭尾段上；(2)插头要随火箭飞行，且脱插插头体积和质量较大，因此带来附加质量，使火箭状态发生较大改变；(3)需要占用靶场发射系统的控制通道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足，本发明提出了一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，所述电缆脱开装置既满足火箭起飞前根部弯矩的实时监测要求，又不影响火箭安全起飞，其适应靶场流程、工作可靠、易于扯断。进而，提出了一种所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置，以验证所述电缆脱开装置的脱开有效性和安全性。

(二)技术方案

一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，所述火箭根部弯矩监测系统设置在火箭尾段上并安装应变片保护盖，其包括一组应变花和与所述应变花连接的三接头连接短线，还包括一组备份应变花和与所述备份应变花连接的三接头连接短线；两三接头连接短线分别连接对应的三芯电缆，两三芯电缆在火箭尾段大梁捆扎固定；两三芯电缆同时与固定在发射台支撑柱上的六芯防水插头连接，六芯防水插头连接至电缆网一端的六芯防水插座；电缆网另一端设置有四芯插头，四芯插头与安装在发射台下的载荷测量仪器上的四芯插座连接；火箭发射时拉断所述三芯电缆，仅所述应变花和所述备份应变花随火箭飞行。

其中，所述应变花和所述备份应变花结构相同，均为竖片与横片组成半桥式应变花。

其中，四个象限的测点共接出四个六芯防水插头，相应的所述六芯防水插座也为四个，所述三芯电缆为八个，所述四芯插头和所述四芯插座的数量也均为四个，电缆网将尾段大梁的八个半桥应变桥路组成四个全桥应变桥路引入到载荷测量仪器上，在转场过程和发射前，所述弯矩监测系统实时记录与显示火箭根部的弯矩载荷。

其中，应变片保护盖包括U型盖体、螺栓、Z型拉手、毛毡，U型盖体的两末端分别抵扣在一对工字型的火箭尾大梁的中凹部，U型盖体的两外侧面通过螺栓分别连接有Z型拉手，在U型盖体与火箭尾大梁的接触部位设置毛毡。

其中，所述U型盖体1由方形铝板弯折而成；所述螺栓2设置为两排。

一种所述的电缆脱开装置的地面拉断试验装置，用于测量电缆的拉断力和拉断冲量，包括跌落式冲击台，所述跌落式冲击台的两个导轨上端固定一个支撑板，在支撑板下表面连接两个力传感器，在力传感器下端连接一块转接板，在转接板上连接应变片安装板，所述跌落式冲击台的下部设置跌落台台面，在跌落台台面上安装电缆固定板和加速度传感器，在跌落台台面下安装缓冲弹簧；在应变片安装板上粘贴应变片，在应变片上连接电缆，电缆的另一端固定在电缆固定板上。

其中，所述力传感器为50kg力传感器。

其中，所述加速度传感器为50g量程加速度传感器。

一种所述的地面拉断试验装置的使用方法，试验时，首先将跌落台台面上升至适当高度，然后将粘有应变片的应变片安装板固定在上部的转接板上，应变片各接线端焊接一根火箭根部载荷测量用电缆，下端固定在电缆固定板上，同时连接3～6根长度相同的电缆，调整跌落台台面高度，使得电缆松弛量等于预定的落高；然后，启动力传感器和加速度传感器的测量系统后，打开台面释放装置，跌落台台面自由下落，拉断接线端子上的所有电缆，落在缓冲弹簧上，结束一次电缆拉断试验；将试验的加速度信号进行积分，读出速度曲线上突变处的速度值，同样对两个力传感器的信号相加后进行积分，给出电缆拉断的冲量。

(三)有益效果

本发明提出了一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置及其地面拉断试验装置，所述电缆脱开装置能够在火箭起飞时使发射台内的载荷监测系统与运载火箭断开，其优点如下：(1)所述电缆脱开装置结构简单，断开效果稳定有保障，既满足火箭起飞前根部弯矩的实时监测要求，又不影响火箭安全起飞；(2)断开后电缆留在发射台上，火箭尾段上只残留应变片和焊接端子，符合火箭和靶场的多余物控制要求；(3)所述地面拉断试验装置，能获得运载火箭不同发射速度下转接电缆的拉断力与拉断冲量，验证了该脱开方式不影响火箭的起飞。

附图说明

图1火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置连接示意图。

图2应变片保护盖结构图

图3所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，其中，所述火箭根部弯矩监测系统设置在火箭尾段上并安装应变片保护盖，其包括一组应变花和与所述应变花连接的三接头连接短线，还包括一组备份应变花和与所述备份应变花连接的三接头连接短线；两三接头连接短线分别连接对应的三芯电缆，两三芯电缆在火箭尾段大梁捆扎固定；两三芯电缆同时与固定在发射台支撑柱上的六芯防水插头连接，六芯防水插头连接至电缆网一端的六芯防水插座；电缆网另一端设置有四芯插头，四芯插头与安装在发射台下的载荷测量仪器上的四芯插座连接；火箭发射时拉断所述三芯电缆，仅所述应变花和所述备份应变花随火箭飞行。

所述应变花和所述备份应变花结构相同，均为竖片与横片组成半桥式应变花。四个象限的测点共接出四个六芯防水插头，相应的所述六芯防水插座也为四个，所述三芯电缆为八个，所述四芯插头和所述四芯插座的数量也均为四个，电缆网将尾段大梁的八个半桥应变桥路组成四个全桥应变桥路引入到载荷测量仪器上，在转场过程和发射前，所述弯矩监测系统实时记录与显示火箭根部的弯矩载荷。

参见图2，应变片保护盖包括U型盖体1、螺栓2、Z型拉手3、毛毡4，U型盖体1的两末端分别抵扣在一对工字型的火箭尾大梁5的中凹部，U型盖体1的两外侧面通过螺栓2分别连接有Z型拉手3，在U型盖体1与火箭尾大梁5的接触部位设置毛毡4。所述毛毡4的设置能确保应变片保护盖在火箭尾大梁5上的安装稳定性，同时，减轻摩擦，保护箭体。

所述U型盖体1由方形铝板弯折而成。所述螺栓2设置为两排。

安装时，向外侧同时拉开Z型拉手3，使应变片保护盖张开，扣在火箭尾大梁5上，再松开拉手，使应变片保护盖卡在火箭尾大梁5；取下应变片保护盖采取安装动作的逆向操作。

一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置的使用方法，火箭在靶场技术阵地竖立安装完成后，打开四个卷包固定在火箭尾段下端应变片保护盖下的三芯电缆，将六芯防水插头固定在支撑柱上，将三芯电缆根部捆扎固定在尾段大梁上，再重新装回应变片保护盖；三芯电缆预留一定长度的松弛量，将松弛部分粘贴固定在火箭尾段上，增强其抗风能力。

火箭和发射台到达发射阵地后，将测量状态转换到射前根部载荷监测状态，解除上述捆扎固定，同时去掉应变片保护盖。这样就能做到既能防止侧向风吹开电缆，又不影响竖向拉断电缆，保证在火箭起飞到预定高度处，在三芯电缆接线端子焊点处拉断转接电缆，火箭起飞后只留应变花和备份应变花。

在火箭的总装、试验、运输和转场过程中，对尾段的载荷监测系统实施保护，防止长时间的转移过程中监测系统的应变片损坏和电缆发生断开故障。电缆、插头需要粘贴铝角片绑扎固定，安装应变片保护盖，以增强转接电缆的抗风能力。

由于电缆脱开依靠的是火箭起飞时的推力，拉断过程是否对火箭运动有影响，需要通过地面试验与分析以评估所述电缆脱开装置的性能。所述试验利用跌落式冲击台进行，如图3所示，由于火箭起飞过载仅为自由落体的1/5，在落速相同的情况下，跌落台台面落高为火箭上升高度的1/5，跌落试验选择0.05～1米的落高来模拟火箭上升0.25～5米高度时的速度，测量不同落高时的电缆拉断时间历程。

所述电缆脱开装置的地面拉断试验装置，用于测量电缆的拉断力和拉断冲量，包括跌落式冲击台，所述跌落式冲击台的两个导轨6上端固定一个支撑板7，在支撑板7下表面连接两个力传感器8，在力传感器8下端连接一块转接板9，在转接板9上连接应变片安装板10，所述跌落式冲击台的下部设置跌落台台面11，在跌落台台面11上安装电缆固定板12和加速度传感器13，在跌落台台面下安装缓冲弹簧14；在应变片安装板上粘贴应变片15，在应变片15上连接电缆16，电缆16的另一端固定在电缆固定板12上。

所述力传感器为50kg力传感器。

所述加速度传感器为50g量程加速度传感器，加速度传感器13用于在跌落过程中测量电缆拉断时刻的速度。

所述缓冲弹簧14使得跌落台台面11跌落的冲击加速度小于50g，以保护加速度传感器13。

所述地面拉断试验装置的使用方法，试验时，首先将跌落台台面11上升至适当高度，然后将粘有应变片15的应变片安装板10固定在上部的转接板9上，应变片15各接线端焊接一根火箭根部载荷测量用电缆，电缆长度1.2米左右，下端固定在电缆固定板12上，同时连接3～6根长度相同的电缆，调整跌落台台面11高度，使得电缆松弛量等于预定的落高。然后，启动力传感器8和加速度传感器13的测量系统后，打开台面释放装置，跌落台台面11自由下落，拉断接线端子上的所有电缆，落在缓冲弹簧14上，结束一次电缆拉断试验。将试验的加速度信号进行积分，读出速度曲线上突变处的速度值，同样对两个力传感器8的信号相加后进行积分，给出电缆拉断的冲量。

模拟火箭起飞不同时刻的速度，测量不同起飞速度时电缆拉断的载荷及时间历程，在电缆松弛长度较短的条件下，寻找电缆拉断冲量较小的松弛长度，以降低对火箭起飞的影响。具体的，按火箭起飞质量600T和720T起飞推力估算，火箭起飞过载0.2g，跌落台落高70英寸(1.78米)，台面质量200kg，则跌落台台面11的落高和落速与火箭的上升高度和速度的对应关系见表1。

表1不同落高对应的火箭上升高度和速度

跌落试验的结果见表2。

表2地面模拟试验结果

从试验结果来看，状态一的试验结果较为稳定，峰值拉力的均值为90N(半桥对应的拉断力，3根电缆)。其他状态的拉断力的分散性较大，且拉断力的大小和状态一处于同一水平，综合考虑绑扎操作难度和现场条件限制，将转接电缆的松弛量定为0.5m，对应的拉断速度约为1.41m/s。考虑到测量系统共有8个半桥，即(2个方向的弯矩+2个方向的备份弯矩)*2，因此，总的拉断力约为800N，总的拉断冲量约为14N.s，拉断力和冲量均较小，对火箭的起飞影响很小。

Claims (8)

1.一种火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，其特征在于，所述火箭根部弯矩监测系统设置在火箭尾段上并安装应变片保护盖，其包括一组应变花和与所述应变花连接的三接头连接短线，还包括一组备份应变花和与所述备份应变花连接的三接头连接短线；两三接头连接短线分别连接对应的三芯电缆，两三芯电缆在火箭尾段大梁捆扎固定；两三芯电缆同时与固定在发射台支撑柱上的六芯防水插头连接，六芯防水插头连接至电缆网一端的六芯防水插座；电缆网另一端设置有四芯插头，四芯插头与安装在发射台下的载荷测量仪器上的四芯插座连接；火箭发射时拉断所述三芯电缆，仅所述应变花和所述备份应变花随火箭飞行；应变片保护盖包括U型盖体、螺栓、Z型拉手、毛毡，U型盖体的两末端分别抵扣在一对工字型的火箭尾大梁的中凹部，U型盖体的两外侧面通过螺栓分别连接有Z型拉手，在U型盖体与火箭尾大梁的接触部位设置毛毡；安装时，向外侧同时拉开Z型拉手，使应变片保护盖张开，扣在火箭尾大梁上，再松开拉手，使应变片保护盖卡在火箭尾大梁上。

2.如权利要求1所述的火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，其特征在于，所述应变花和所述备份应变花结构相同，均为竖片与横片组成半桥式应变花。

3.如权利要求1所述的火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，其特征在于，四个象限的测点共接出四个六芯防水插头，相应的所述六芯防水插座也为四个，所述三芯电缆为八个，所述四芯插头和所述四芯插座的数量也均为四个，电缆网将尾段大梁的八个半桥应变桥路组成四个全桥应变桥路引入到载荷测量仪器上，在转场过程和发射前，所述弯矩监测系统实时记录与显示火箭根部的弯矩载荷。

4.如权利要求3所述的火箭根部弯矩监测系统的电缆脱开装置，其特征在于，所述U型盖体由方形铝板弯折而成；所述螺栓设置为两排。

5.一种如权利要求1-4任一所述的电缆脱开装置的地面拉断试验装置，用于测量电缆的拉断力和拉断冲量，其特征在于，包括跌落式冲击台，所述跌落式冲击台的两个导轨上端固定一个支撑板，在支撑板下表面连接两个力传感器，在力传感器下端连接一块转接板，在转接板上连接应变片安装板，所述跌落式冲击台的下部设置跌落台台面，在跌落台台面上安装电缆固定板和加速度传感器，在跌落台台面下安装缓冲弹簧；在应变片安装板上粘贴应变片，在应变片上连接电缆，电缆的另一端固定在电缆固定板上。

6.如权利要求5所述的地面拉断试验装置，其特征在于，所述力传感器为50kg力传感器。

7.如权利要求6所述的地面拉断试验装置，其特征在于，所述加速度传感器为50g量程加速度传感器。

8.一种如权利要求5-7任一所述的地面拉断试验装置的使用方法，其特征在于，试验时，首先将跌落台台面上升至适当高度，然后将粘有应变片的应变片安装板固定在上部的转接板上，应变片各接线端焊接一根火箭根部载荷测量用电缆，下端固定在电缆固定板上，同时连接3～6根长度相同的电缆，调整跌落台台面高度，使得电缆松弛量等于预定的落高；然后，启动力传感器和加速度传感器的测量系统后，打开台面释放装置，跌落台台面自由下落，拉断接线端子上的所有电缆，落在缓冲弹簧上，结束一次电缆拉断试验；将试验的加速度信号进行积分，读出速度曲线上突变处的速度值，同样对两个力传感器的信号相加后进行积分，给出电缆拉断的冲量。