CN109269718A - 一种无级调节的发动机矢量推力校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级调节的发动机矢量推力校准装置，其特征在于：包括二维矢量力偏移器和万向矢量力加载器两部分，通过二维矢量力偏移器形成可变自由偏角的矢量方向，通过万向矢量力加载器能够产生可变力值、自由调心的校准力，从而形成矢量角度和矢量力值均为无级调整的矢量力，作为矢量推力校准的标准力源。

Description

一种无级调节的发动机矢量推力校准装置

技术领域

本发明涉及发动机推力校准领域，特别是用于发动机矢量推力校准的无级调节应用。

背景技术

航空矢量发动机、航天轨控和姿控发动机等应用中，均需要对矢量推力进行精确测量。为保证矢量推力测试数据的准确性，需要进行矢量校准。推力校准的原理是对推力测量装置施加一个模拟推力，利用标准力传感器测量模拟推力的大小，同时采集推力测量系统中工作传感器和标准传感器的输出值，通过比对标准力传感器与工作传感器测量的力值完成校准流程。模拟推力的加载方式可以分为原位加载和中心加载两种，因此矢量推力测量系统的校准方法也分为两种：平行加载校准方法(对应于原位加载方式)和中心加载校准方法(对应于中心加载方式)。

矢量推力平行加载校准方法将三个正交方向上的模拟推力依次分别施加在与发动机航向、垂向和偏向平行的方向上，校准推力的传递路径与发动机测试时推力的传递路径不相同，故利用平行加载的校准状态与发动机试车时的测试状态不完全一致。矢量推力中心加载校准方法采用特定的推力加载装置在发动机推力矢量轴线方向上施加一个大小可以测量的模拟推力，是进行矢量校准的理想加载方式，并可以验证平行加载校准方法的准确度。

现有的矢量推力中心加载装置并不能够完全模拟矢量发动机的全部推力状态，如角度调节中暂时无法实现无级调节，只能对几个关键角度下的推力进行校准，无法满足发动机矢量推力校准需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现推力大小与推力矢量角度无级调节的发动机矢量推力校准装置，克服目前仅能够对特定角度进行校准的局限，实现发动机矢量喷口0-90°任意转角、矢量喷口沿轴线0-360°任意旋转角度、及任意大小的矢量力加载与校准。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种无级调节的发动机矢量推力校准装置，包括二维矢量力偏移器和万向矢量力加载器两部分；所述的二维矢量力偏移器用于实现Y向和Z向任意指定位移的移动，从而产生相对于X’Y’Z’坐标系原点O’的Y向相对位移b和Z向相对位移c；Z向移动由左Z向偏移部件2和右Z向偏移部件10实现，由Z向偏移同步器6来保证左Z向偏移部件2和右Z向偏移部件10的运动同步性；Z向位移c由左Z向位移反馈件3和右Z向位移反馈件11测定；左Z向偏移部件2的固定件通过螺纹连接在左立柱1上，左Z向偏移部件2的可动件做Z向相对运动，右Z向偏移部件10的固定件通过螺纹连接在右立柱9上，右Z向偏移部件10的可动件做Z向相对运动；左立柱1和右立柱9通过螺栓连接或焊接在承力基础5上；Y向移动由Y向偏移部件7实现；Y向位移b由Y向位移反馈件8测定；Y向偏移部件7的固定件通过螺纹连接在横梁4上，Y向偏移部件7的可动件做Y向相对运动；横梁4的两端通过螺栓分别固定连接在左Z向偏移部件2的可动件和右Z向偏移部件10的可动件上；

进一步的，所述的万向矢量力加载器用于实现任意大小的标准力加载，由标准力发生器17生成可调大小的标准力；标准力发生器17的一端通过螺纹连接的万向连接件16与二维矢量力偏移器的Y向偏移部件7固定连接，另一端通过螺纹连接的万向连接件与传力件19固定连接；传力件19分为两段，每段的两端各自通过螺纹连接一个万向连接件，传力件19的一段将标准力发生器17和标准力传感器18连接起来，传力件19的另一段将标准力传感器18和矢量力承力件20连接起来；矢量力加载为压力时，传力件19为刚性杆，矢量力加载为拉力时，传力件19可为刚性杆或钢丝绳；标准力发生器17可为具有力控制的油缸形式，也可以是具有力控制的电动缸形式；

所述的无级调节的发动机矢量推力校准装置的矢量力施加过程为：首先在矢量力承力件20的笛卡尔坐标系XYZ中，沿X向与原点O距离a的位置上安置所述的二维矢量力偏移器；二维矢量力偏移器的笛卡尔坐标系X’Y’Z’与矢量力承力件20的笛卡尔坐标系XYZ仅在X向偏移a；二维矢量力偏移器通过Y向偏移b和Z向的偏移c，将标准力发生器17移动到P点，则P点相对O点坐标为(a，b，c)，距离启动标准力发生器17加载输出大小为F的校准力，则校准力F为偏角(α，β，γ)的矢量力，其中α＝arccos(a/l)，β＝arccos(b/l)，γ＝arccos(c/l)；作为矢量力的校准力F在X、Y、Z各正交方向上的分力依次为Fx、Fy、Fz，且满足Fx∶Fy∶Fz＝a∶b∶c，则Fx＝F·cosα，Fy＝F·cosβ，Fz＝F·cosγ；固定二维矢量力偏移器位置a后，通过调整标准力发生器17的输出力值，以及P点位置b和c，即可产生大小、方向可变的特定标准矢量力F。

本发明的有益效果在于：通过二维矢量力偏移器形成可变自由偏角的矢量方向，通过万向矢量力加载器能够产生可变力值、自由调心的校准力，从而形成矢量角度和矢量力值均为无级调整的矢量力，作为矢量推力校准的标准力源。

附图说明

图1为本发明所述的无级矢量力等效原理示意；

图2为本发明所述的二维矢量力偏移器；

图3为本发明所述的丝杠螺母副式的二维矢量力偏移器；

图4为本发明所述的万向矢量力加载器。

其中，左立柱1，左Z向偏移部件2，左Z向位移反馈件3，横梁4，承力基础5，Z向偏移同步器6，Y向偏移部件7，Y向位移反馈件8，右立柱9，右Z向偏移部件10，右Z向位移反馈件11，左侧直角换向器12，双轴同步输出器13，具有位置反馈的旋转作动器14，右侧直角换向器15，万向连接件16，标准力发生器17，标准力传感器18，传力件19，矢量力承力件20。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的实施例提供了一种无级调节的发动机矢量推力校准装置，包括二维矢量力偏移器和万向矢量力加载器两部分；所述的二维矢量力偏移器用于实现Y向和Z向任意指定位移的移动，从而产生相对于X’Y’Z’坐标系原点O’的Y向相对位移b和Z向相对位移c；Z向移动由左Z向偏移部件2和右Z向偏移部件10实现，由Z向偏移同步器6来保证左Z向偏移部件2和右Z向偏移部件10的运动同步性；Z向位移c由左Z向位移反馈件3和右Z向位移反馈件11测定；左Z向偏移部件2的固定件通过螺纹连接在左立柱1上，左Z向偏移部件2的可动件做Z向相对运动，右Z向偏移部件10的固定件通过螺纹连接在右立柱9上，右Z向偏移部件10的可动件做Z向相对运动；左立柱1和右立柱9通过螺栓连接或焊接在承力基础5上；Y向移动由Y向偏移部件7实现；Y向位移b由Y向位移反馈件8测定；Y向偏移部件7的固定件通过螺纹连接在横梁4上，Y向偏移部件7的可动件做Y向相对运动；横梁4的两端通过螺栓分别固定连接在左Z向偏移部件2的可动件和右Z向偏移部件10的可动件上；在附图2所示的实施例中，左Z向偏移部件2、右Z向偏移部件10和Y向偏移部件7均为直线电机，Z向偏移同步器6为同步控制卡，左Z向位移反馈件3、右Z向位移反馈件11和Y向位移反馈件8均为光栅尺；在附图3所示的实施例中，左Z向偏移部件2、右Z向偏移部件10和Y向偏移部件7均为丝杠螺母副，Z向偏移同步器6由旋转电机带动的双轴同步输出器13，分别通过左侧直角换向器12和右侧直角换向器15带动丝杠螺母副运动；双轴同步输出器13的一种实现方式是伞齿轮传动副，左侧直角换向器12和右侧直角换向器15的一种传动方式是伞齿轮传动副；左Z向位移反馈件3、右Z向位移反馈件11和Y向位移反馈件8均为光电编码器；

进一步的，所述的万向矢量力加载器用于实现任意大小的标准力加载，由标准力发生器17生成可调大小的标准力；标准力发生器17的一端通过螺纹连接的万向连接件16与二维矢量力偏移器的Y向偏移部件7固定连接，另一端通过螺纹连接的万向连接件与传力件20固定连接；传力件20分为两段，每段的两端各自通过螺纹连接一个万向连接件，传力件20的一段将标准力发生器17和标准力传感器18连接起来，传力件20的另一段将标准力传感器18和矢量力承力件20连接起来；矢量力加载为压力时，传力件20为刚性杆，矢量力加载为拉力时，传力件20可为刚性杆或钢丝绳；标准力发生器17可为具有力控制的油缸形式，也可以是具有力控制的电动缸形式；

所述的无级调节的发动机矢量推力校准装置的矢量力施加过程为：首先在矢量力承力件20的笛卡尔坐标系XYZ中，沿X向与原点O距离a的位置上安置所述的二维矢量力偏移器；二维矢量力偏移器的笛卡尔坐标系X’Y’Z’与矢量力承力件20的笛卡尔坐标系XYZ仅在X向偏移a；二维矢量力偏移器通过Y向偏移b和Z向的偏移c，将标准力发生器17移动到P点，则P点相对O点坐标为(a，b，c)，距离启动标准力发生器17加载输出大小为F的校准力，则校准力F为偏角(α，β，γ)的矢量力，其中α＝arccos(a/l)，β＝arccos(b/l)，γ＝arccos(c/l)；作为矢量力的校准力F在X、Y、Z各正交方向上的分力依次为Fx、Fy、Fz，且满足Fx∶Fy∶Fz＝a∶b∶c，则Fx＝F·cosα，Fy＝F·cosβ，Fz＝F·cosγ；固定二维矢量力偏移器位置a后，通过调整标准力发生器17的输出力值，以及P点位置b和c，即可产生大小、方向可变的特定标准矢量力F。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无级调节的发动机矢量推力校准装置，其特征在于：包括二维矢量力偏移器和万向矢量力加载器两部分；所述的二维矢量力偏移器用于实现Y向和Z向任意指定位移的移动，从而产生相对于X’Y’Z’坐标系原点O’的Y向相对位移b和Z向相对位移c；Z向移动由左Z向偏移部件(2)和右Z向偏移部件(10)实现，由Z向偏移同步器(6)来保证左Z向偏移部件(2)和右Z向偏移部件(10)的运动同步性；Z向位移c由左Z向位移反馈件(3)和右Z向位移反馈件(11)测定；左Z向偏移部件(2)的固定件通过螺纹连接在左立柱(1)上，左Z向偏移部件(2)的可动件做Z向相对运动，右Z向偏移部件(10)的固定件通过螺纹连接在右立柱(9)上，右Z向偏移部件(10)的可动件做Z向相对运动；左立柱(1)和右立柱(9)通过螺栓连接或焊接在承力基础(5)上；Y向移动由Y向偏移部件(7)实现；Y向位移b由Y向位移反馈件(8)测定；Y向偏移部件(7)的固定件通过螺纹连接在横梁(4)上，Y向偏移部件(7)的可动件做Y向相对运动；横梁(4)的两端通过螺栓分别固定连接在左Z向偏移部件(2)的可动件和右Z向偏移部件(10)的可动件上；

进一步的，所述的万向矢量力加载器用于实现任意大小的标准力加载，由标准力发生器(17)生成可调大小的标准力；标准力发生器(17)的一端通过螺纹连接的万向连接件(16)与二维矢量力偏移器的Y向偏移部件(7)固定连接，另一端通过螺纹连接的万向连接件与传力件(19)固定连接；传力件(19)分为两段，每段的两端各自通过螺纹连接一个万向连接件，传力件(19)的一段将标准力发生器(17)和标准力传感器(18)连接起来，传力件(19)的另一段将标准力传感器(18)和矢量力承力件(20)连接起来；矢量力加载为压力时，传力件(19)为刚性杆，矢量力加载为拉力时，传力件(19)可为刚性杆或钢丝绳；标准力发生器(17)可为具有力控制的油缸形式，也可以是具有力控制的电动缸形式。

2.所述的无级调节的发动机矢量推力校准装置的矢量力施加过程为：首先在矢量力承力件(20)的笛卡尔坐标系XYZ中，沿X向与原点O距离a的位置上安置所述的二维矢量力偏移器；二维矢量力偏移器的笛卡尔坐标系X’Y’Z’与矢量力承力件(20)的笛卡尔坐标系XYZ仅在X向偏移a；二维矢量力偏移器通过Y向偏移b和Z向的偏移c，将标准力发生器(17)移动到P点，则P点相对O点坐标为(a，b，c)，距离启动标准力发生器17加载输出大小为F的校准力，则校准力F为偏角(α，β，γ)的矢量力，其中α＝arccos(a/l)，β＝arccos(b/l)，γ＝arccos(c/l)；作为矢量力的校准力F在X、Y、Z各正交方向上的分力依次为Fx、Fy、Fz，且满足Fx∶Fy∶Fz＝a∶b∶c，则Fx＝F·cosα，Fy＝F·cosβ，Fz＝F·cosγ；固定二维矢量力偏移器位置a后，通过调整标准力发生器(17)的输出力值，以及P点位置b和c，即可产生大小、方向可变的特定标准矢量力F。