CN109580070A - 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置 - Google Patents

一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109580070A
CN109580070A CN201811422806.4A CN201811422806A CN109580070A CN 109580070 A CN109580070 A CN 109580070A CN 201811422806 A CN201811422806 A CN 201811422806A CN 109580070 A CN109580070 A CN 109580070A
Authority
CN
China
Prior art keywords
engine
dimensional
mounting rack
piezoelectric
vectored thrust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811422806.4A
Other languages
English (en)
Inventor
周磊
陈锋
李斌
朱子环
马利亚
敖春芳
姜联东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Original Assignee
Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Aerospace Testing Technology filed Critical Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority to CN201811422806.4A priority Critical patent/CN109580070A/zh
Publication of CN109580070A publication Critical patent/CN109580070A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置，其特征在于：包括压电测力板和动架两部分，通过发动机轴线与压电测力板法线呈垂直布局的方法，使发动机轴向进气方向处于开放空间，不影响发动机的轴向进气来流；采用温控箱主动保持压电式三向力传感器的工作环境温度处于恒定，降低发动机工作辐射热和季节性环境温度变化对传感器测量精度的影响；通过四个三向调节器的XYZ向调节，确保发动机的重心坐标及轴线位置准确；通过力和力矩平衡原理求解矢量推力参数。

Description

一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置
技术领域
本发明涉及推力测量领域，特别是用于发动机矢量推力测量的应用。
背景技术
航空矢量发动机的研制和鉴定过程中需要对矢量推力进行精确测量。由于发动机进气的需要，其正前方的进气通道不能出现阻挡，避免进气流场畸变而影响发动机性能。因此，在航空发动机矢量推力测量的应用中，需要一种不会影响发动机轴向进气来流的装置来实现矢量推力测量。以压电晶体作为敏感元件的压电式三向力传感器成功应用于航天轨控发动机和姿控发动机等的矢量推力测量中，测量原理是采用在一个平面上对称布置为正方形的四个压电式三向力传感器共同构成压电测力板，在压电测力板平面上直接对装发动机，使发动机轴线与四个压电式三向力传感器构成的平面中心法线相重合，通过四个压电式三向力传感器共12个力的测量值，可以计算出三个正交方向的矢量分力、力矩、矢量推力作用点偏心位置(δx，δy)及偏心距δ和偏转角γ等。但该方案中，发动机直接或间接顶在压电测力板上，来流方向受到阻挡，对于无需进气的航天发动机不受影响，但无法应用在需要轴向进气的航空发动机的矢量测量，限制了该方法在航空领域的应用。
有方案提出扩大正方形布局的四个压电式三向力传感器的间距，并在压电测力板中心设置一个通孔，将发动机穿过该孔安装，从而将进气通道置于压电测力板之外。但该方案中四个压电式三向力传感器距离发动机较近，热辐射大，压电式三向力传感器产生的温漂严重影响测量精度，无法满足航空发动机矢量推力测量的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种不影响航空发动机轴向进气来流的矢量推力测量装置，克服目前压电测力板方案阻挡发动机进气而无法应用于航空矢量发动机矢量推力测量的局限，实现发动机矢量推力测定及作用点坐标的确定。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：
一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置，包括压电测力板4和动架两部分；所述的压电测力板4由上下两块平行的刚性平板夹持四个压电式三向力传感器3组成，压电式三向力传感器3能够测量正交的三个方向分力，夹持方式为螺纹预紧夹持或楔块预紧夹持，并为压电式三向力传感器3提供一定的预紧力；四个压电式三向力传感器3呈中心对称布局为矩形，矩形边长分别为2a和2b；取四个压电式三向力传感器3所在的上平面中心位置作为力值计算坐标原点，以四个压电式三向力传感器3布局形成的矩形的两个相邻的直角边作为X向和Y向，建立XYZO笛卡尔坐标系；四个压电式三向力传感器3均置于温控箱7内，温控箱采用恒温水循环或恒温电热丝保持四个压电式三向力传感器3的工作环境温度处于恒定；压电测力板4底部刚性平板通过螺栓固定在承力基础8上；
进一步的，所述的动架包括发动机后安装架2、发动机下安装架5、发动机前安装架6和三向调节器9；发动机下安装架5平行于XY平面布置，发动机后安装架2和发动机前安装架6均平行于YZ平面布置；发动机下安装架5通过螺栓与压电测力板4顶部刚性平板所述动架固定连接；发动机后安装架2的底部与发动机下安装架5通过螺栓固定或焊接，发动机前安装架6的底部与发动机下安装架5通过螺栓固定或焊接；发动机前安装架6的两侧对称安装一个三向调节器9，用于固定发动机1上的前安装节；发动机后安装架2的两侧分别对称安装一个三向调节器9，用于固定发动机1上的前安装节；三向调节器9可做XYZ三向自由调节，X向调节由可做X向平动的导轨实现，Y向调节由可做Y向伸缩的螺杆螺母副实现，Z向调节由可做Z向平动的导轨实现，三个方向调整到位后均可实现螺纹锁定；通过三向调节器9的Y向与Z向调节，使发动机1的重心位于Q(-d，0，c)坐标，发动机1的轴向与X向平行，发动机1的轴线与压电测力板4的法线呈垂直布局；
进一步的所述的压电测力板4上的四个压电式三向力传感器3输出12个单向力值Fmn，其中m表示三个正交的分力方向，依次为X、Y、Z，n表示四个压电式三向力传感器3的代号，依次为1、2、3、4；发动机矢量推力F的作用点坐标为P(δx，δy，δz)，其中发动机矢量推力F的作用点在发动机轴线上的位置是确定的，即δx＝e，则F的作用点坐标为P(e，δy，δz)；F在X、Y、Z三个方向上的正交分力依次为Fx、Fy、Fz；发动机1的重力为W；根据任意点力平衡和力矩平衡原理，由四个压电式三向力传感器3实测输出的12个单向力值Fmn，可得到发动机矢量推力所产生的力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz六个分量：
按照力与力矩转换原则，矢量推力F在偏心(e，δy，δz)作用下各分力Fx、Fy、Fz得各分力矩Mx、My、Mz方程如下：
联立两组分力矩方程可求得矢量推力F的作用点P的坐标δy，δz：
矢量推力偏心距δ可由计算得到；矢量推力偏转角γ可由计算得到。
本发明的有益效果在于：通过发动机轴线与压电测力板法线呈垂直布局的方法，使发动机轴向进气方向处于开放空间，不影响发动机的轴向进气来流；采用温控箱主动保持压电式三向力传感器的工作环境温度处于恒定，降低发动机工作辐射热和季节性环境温度变化对传感器测量精度的影响；通过四个三向调节器的XYZ向调节，确保发动机的重心坐标及轴线位置准确，从而保证矢量推力参数计算精度。
附图说明
图1为本发明所述的矢量推力测量装置的结构布局；
图2为本发明所述的矢量推力测量装置的刚体受力模型。
其中，发动机1，发动机后安装架2，压电式三向力传感器3，压电测力板4，发动机下安装架，5发动机前安装架6，温控箱7，承力基础8，三向调节器9。
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不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置，包括压电测力板4和动架两部分；所述的压电测力板4由上下两块平行的刚性平板夹持四个压电式三向力传感器3组成，压电式三向力传感器3能够测量正交的三个方向分力，夹持方式为螺纹预紧夹持，并为压电式三向力传感器3提供一定的预紧力；四个压电式三向力传感器3呈中心对称布局为矩形，矩形边长分别为2a和2b；取四个压电式三向力传感器3所在的上平面中心位置作为力值计算坐标原点，以四个压电式三向力传感器3布局形成的矩形的两个相邻的直角边作为X向和Y向，建立XYZO笛卡尔坐标系；四个压电式三向力传感器3均置于温控箱7内，温控箱采用恒温水循环保持四个压电式三向力传感器3的工作环境温度处于恒定；压电测力板4底部刚性平板通过螺栓固定在承力基础8上；
进一步的，所述的动架包括发动机后安装架2、发动机下安装架5、发动机前安装架6和三向调节器9；发动机下安装架5平行于XY平面布置，发动机后安装架2和发动机前安装架6均平行于YZ平面布置；发动机下安装架5通过螺栓与压电测力板4顶部刚性平板所述动架固定连接；发动机后安装架2的底部与发动机下安装架5焊接，发动机前安装架6的底部与发动机下安装架5焊接；发动机前安装架6的两侧对称安装一个三向调节器9，用于固定发动机1上的前安装节；发动机后安装架2的两侧分别对称安装一个三向调节器9，用于固定发动机1上的前安装节；三向调节器9可做XYZ三向自由调节，X向调节由可做X向平动的V形导轨实现，Y向调节由可做Y向伸缩的螺杆螺母副实现，Z向调节由可做Z向平动的V形导轨实现，三个方向调整到位后均可实现螺纹锁定；通过三向调节器9的Y向与Z向调节，使发动机1的重心位于Q(-d，0，c)坐标，发动机1的轴向与X向平行，发动机1的轴线与压电测力板4的法线呈垂直布局；
进一步的所述的压电测力板4上的四个压电式三向力传感器3输出12个单向力值Fmn，其中m表示三个正交的分力方向，依次为X、Y、Z，n表示四个压电式三向力传感器3的代号，依次为1、2、3、4；发动机矢量推力F的作用点坐标为P(δx，δy，δz)，其中发动机矢量推力F的作用点在发动机轴线上的位置是确定的，即δx＝e，则F的作用点坐标为P(e，δy，δz)；F在X、Y、Z三个方向上的正交分力依次为Fx、Fy、Fz；发动机1的重力为W；根据任意点力平衡和力矩平衡原理，由四个压电式三向力传感器3实测输出的12个单向力值Fmn，可得到发动机矢量推力所产生的力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz六个分量：
按照力与力矩转换原则，矢量推力F在偏心(e，δy，δz)作用下各分力Fx、Fy、Fz得各分力矩Mx、My、Mz方程如下：
联立两组分力矩方程可求得矢量推力F的作用点P的坐标δy，δz：
矢量推力偏心距δ可由计算得到；矢量推力偏转角γ可由计算得到。
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)

1.一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置，包括压电测力板(4)和动架两部分；所述的压电测力板(4)由上下两块平行的刚性平板夹持四个压电式三向力传感器(3)组成，压电式三向力传感器(3)能够测量正交的三个方向分力，夹持方式为螺纹预紧夹持或楔块预紧夹持，并为压电式三向力传感器(3)提供一定的预紧力；四个压电式三向力传感器(3)呈中心对称布局为矩形，矩形边长分别为2a和2b；取四个压电式三向力传感器(3)所在的上平面中心位置作为力值计算坐标原点，以四个压电式三向力传感器(3)布局形成的矩形的两个相邻的直角边作为X向和Y向，建立XYZO笛卡尔坐标系；四个压电式三向力传感器(3)均置于温控箱(7)内，温控箱采用恒温水循环或恒温电热丝保持四个压电式三向力传感器(3)的工作环境温度处于恒定；压电测力板(4)底部刚性平板通过螺栓固定在承力基础(8)上；
进一步的，所述的动架包括发动机后安装架(2)、发动机下安装架(5)、发动机前安装架(6)和三向调节器(9)；发动机下安装架(5)平行于XY平面布置，发动机后安装架(2)和发动机前安装架(6)均平行于YZ平面布置；发动机下安装架(5)通过螺栓与压电测力板(4)顶部刚性平板所述动架固定连接；发动机后安装架(2)的底部与发动机下安装架(5)通过螺栓固定或焊接，发动机前安装架(6)的底部与发动机下安装架(5)通过螺栓固定或焊接；发动机前安装架(6的两侧对称安装一个三向调节器(9)，用于固定发动机(1)上的前安装节；发动机后安装架(2)的两侧分别对称安装一个三向调节器(9)，用于固定发动机(1)上的前安装节；三向调节器(9)可做XYZ三向自由调节，X向调节由可做X向平动的导轨实现，Y向调节由可做Y向伸缩的螺杆螺母副实现，Z向调节由可做Z向平动的导轨实现，三个方向调整到位后均可实现螺纹锁定；通过三向调节器(9)的Y向与Z向调节，使发动机(1)的重心位于Q(-d，0，c)坐标，发动机(1)的轴向与X向平行，发动机(1)的轴线与压电测力板(4)的法线呈垂直布局。
2.所述的一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置的矢量推力计算过程为：所述的压电测力板(4)上的四个压电式三向力传感器(3)输出12个单向力值Fmn，其中m表示三个正交的分力方向，依次为X、Y、Z，n表示四个压电式三向力传感器(3)的代号，依次为1、2、3、4；发动机矢量推力F的作用点坐标为P(δx，δy，δz)，其中发动机矢量推力F的作用点在发动机轴线上的位置是确定的，即δx＝e，则F的作用点坐标为P(e，δy，δz)；F在X、Y、Z三个方向上的正交分力依次为Fx、Fy、Fz；发动机(1)的重力为W；根据任意点力平衡和力矩平衡原理，由四个压电式三向力传感器(3)实测输出的12个单向力值Fmn，可得到发动机矢量推力所产生的力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz六个分量：
按照力与力矩转换原则，矢量推力F在偏心(e，δy，δz)作用下各分力Fx、Fy、Fz得各分力矩Mx、My、Mz方程如下：
联立两组分力矩方程可求得矢量推力F的作用点P的坐标δy，δz：
矢量推力偏心距δ可由计算得到；矢量推力偏转角γ可由计算得到。
CN201811422806.4A 2018-11-23 2018-11-23 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置 Pending CN109580070A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422806.4A CN109580070A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422806.4A CN109580070A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109580070A true CN109580070A (zh) 2019-04-05

Family

ID=65924810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811422806.4A Pending CN109580070A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109580070A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114636559A (zh) * 2022-04-06 2022-06-17 北京航空航天大学 径向推力采集机构、推力矢量测量装置及方法
CN116812167A (zh) * 2023-07-04 2023-09-29 涵涡智航科技(玉溪)有限公司 一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010014431A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Nissho Denki Kk 乗物に生ずる流体力を計測する方法および風洞天秤装置
CN102169040A (zh) * 2010-11-23 2011-08-31 中国航天科技集团公司第四研究院第四十四研究所 复合量程传感器跨量程测量质量质心的方法及装置
CN102519643A (zh) * 2011-12-13 2012-06-27 中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所 发动机矢量喷管六分量测力系统
CN102943720A (zh) * 2012-11-06 2013-02-27 北京航空航天大学 一种大长径比火箭发动机试车架中的发动机支撑机构
RU127464U1 (ru) * 2012-12-05 2013-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Стенд для измерения вертикальной нагрузки, воздействующей на объект авиационной техники
CN103512699A (zh) * 2012-06-21 2014-01-15 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种在冻土中测量孔隙水压力的装置
CN204165562U (zh) * 2014-10-31 2015-02-18 郑州宇通客车股份有限公司 陀螺仪三向调节安装架
CN105043625A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 西安航天动力测控技术研究所 应用于固体冲压发动机自由射流试验的推力测量装置
CN207019904U (zh) * 2017-06-14 2018-02-16 中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司 一种燃气轮机试验台架
WO2018122698A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 Tubitak High accuracy pressure transducer with improved temperature stability

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010014431A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Nissho Denki Kk 乗物に生ずる流体力を計測する方法および風洞天秤装置
CN102169040A (zh) * 2010-11-23 2011-08-31 中国航天科技集团公司第四研究院第四十四研究所 复合量程传感器跨量程测量质量质心的方法及装置
CN102519643A (zh) * 2011-12-13 2012-06-27 中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所 发动机矢量喷管六分量测力系统
CN103512699A (zh) * 2012-06-21 2014-01-15 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种在冻土中测量孔隙水压力的装置
CN102943720A (zh) * 2012-11-06 2013-02-27 北京航空航天大学 一种大长径比火箭发动机试车架中的发动机支撑机构
RU127464U1 (ru) * 2012-12-05 2013-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Стенд для измерения вертикальной нагрузки, воздействующей на объект авиационной техники
CN204165562U (zh) * 2014-10-31 2015-02-18 郑州宇通客车股份有限公司 陀螺仪三向调节安装架
CN105043625A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 西安航天动力测控技术研究所 应用于固体冲压发动机自由射流试验的推力测量装置
WO2018122698A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 Tubitak High accuracy pressure transducer with improved temperature stability
CN207019904U (zh) * 2017-06-14 2018-02-16 中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司 一种燃气轮机试验台架

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
耿卫国等: "轨姿控发动机动态推力与推力矢量测试系统研制", 《宇航计测技术》 *
高长银等: "火箭发动机推力矢量测量平台的原理与结构", 《压电与声光》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114636559A (zh) * 2022-04-06 2022-06-17 北京航空航天大学 径向推力采集机构、推力矢量测量装置及方法
CN114636559B (zh) * 2022-04-06 2024-01-19 北京航空航天大学 径向推力采集机构、推力矢量测量装置及方法
CN116812167A (zh) * 2023-07-04 2023-09-29 涵涡智航科技(玉溪)有限公司 一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置
CN116812167B (zh) * 2023-07-04 2024-01-26 涵涡智航科技(玉溪)有限公司 一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109580070A (zh) 一种不影响发动机轴向进气的矢量推力测量装置
CN105403212B (zh) 一种具有八点减振和加表保温措施的三轴光纤陀螺仪结构
CN107014480A (zh) 线性马达位移振幅检测方法和检测装置
CN105416609A (zh) 一种多场耦合试验系统及试验方法
CN105136384B (zh) 一种高精度非接触式三维微小力发生装置
CN107209204A (zh) 具有弹力平衡的加速度传感器
Yu et al. A compact Hall-effect-sensing 6-DOF precision positioner
TW201440413A (zh) 磁對準系統及其對準方法
Henderson et al. Transition and instability measurements in a Mach 6 quiet wind tunnel
Kim et al. Piezoelectric floating element shear stress sensor for the wind tunnel flow measurement
CN107264844B (zh) 一种电磁定位隔振平台
Wang et al. Analysis and compensation of benchmark drift of micromachined thermal wind sensor caused by packaging asymmetry
US9903788B2 (en) Electroactive polymer-based flow sensor and methods related thereto
JP2004301652A (ja) 超音速風洞設備のノズル形状調整方法
RU152648U1 (ru) Двухканальный акселерометр
Wen et al. Theoretical modeling and experimental validation of inertial piezoelectric actuators
Beutel et al. Design and evaluation process of a robust pressure sensor for measurements in boundary layers of liquid fluids
Huaman et al. Robust Tracking Control with£ 1 Adaptive Augmentation for a Long-Stroke Vertical Nanopositioning System: Part I
Vitalii et al. Structural deformation of a running wind tunnel measured by optical scanning
CN107247821A (zh) 动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法
CN108955985B (zh) 一种可以测试多轴向力学物理量的传感器结构
Muhammad Computer simulations and experiments on vibration control of a flexible link manipulator using a piezoelectric actuator
Seeley Determination of hydrofoil damping due to fluid structure interaction using MFC actuators
Gunasekaran et al. Errors in Off-axis Loading of Off-the-shelf 6-Component Force Transducers: A Cautionary Tale
CN109991444A (zh) 一种应变式加速度传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190405