CN109900479A - 一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于传感、测控技术领域，提供了一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，包括装置底座、防尘外壳、压电测力仪、转接板、受力体、侧向导杆、升降丝杠、支撑柱、侧向基板、侧向加载液压缸、侧向标准力传感器、侧向加载头、主向加载头、上盖板、止推轴承、外六角螺母、主向转接法兰、主向加载液压缸。该加载装置能够实现大量程比的矢量力加载；通过侧向加载液压缸沿Z方向不同高度加载位置的调整，可实现变加载位置的可控六维力标定方法研究，通过侧向‑主向加载液压缸的组合可实现多维矢量力的复合加载；用于模拟不同型号火箭发动机在工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，对推力矢量测试装置的性能评估具有重要的研究意义。

Description

一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置
技术领域
本发明属于传感、测控技术领域，涉及一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，用于模拟不同型号火箭发动机在工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，对推力矢量测试装置的性能检定具有重要的研究意义。
背景技术
随着现代航空航天技术的迅速发展，对控制飞行器运行姿态、提高目标命中精度的要求越来越高，故对实时监测发动机工作状态的推力矢量测试装置提出了更高的要求。
为了确保推力矢量测试装置测试性能的稳定性与可靠性，在航天器发射之前，需要对推力矢量测试装置进行实际工况下的地面点火试验，来检测推力矢量测试装置在受到发动机多维力/力矩作用时测试性能是否满足要求。但由于地面点火试验经济成本高，试验环境模拟难度大，实验室条件有限。因此，本发明设计了一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，来精确模拟发动机在实际工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，以低成本、简便、快捷、有效的方式对推力矢量测试装置进行投入使用前的测试性能评估。
发明内容
本发明的目的在于设计一种六维矢量力/力矩加载装置来精确模拟发动机在实际工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，然后对投入实际工况使用前的推力矢量测试装置进行六维力/力矩的模拟加载，以便对其测试性能的可靠性与稳定性进行全面、有效的评估。
本发明的技术方案：
一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，包括底座1、防尘外壳2、压电测力仪3、转接板4、受力体5、支撑导杆6、升降丝杠7、支撑柱8、侧向基板9、锁紧螺母10、侧向加载液压缸11、侧向标准力传感器12、侧向加载头13、主向加载头14、上盖板15、止推轴承16、外六角螺母17、主向转接法兰18、主向加载液压缸19和主向标准力传感器20；其中，主要由侧向基板9、侧向加载液压缸11、侧向标准力传感器12和侧向加载头13组成侧向加载装置；主要由主向加载液压缸19、主向转接法兰18、主向标准力传感器20和主向加载头14组成主向加载装置；
所述的测力仪2通过螺栓固定安装于底座1上板表面；测力仪2上表面通过螺纹孔与转接板4相连；
所述支撑柱8共4根，两端通过外六角螺母17分别与底座1、上盖板15固定连接，对上盖板15及主向加载装置起到主要支撑作用；
所述支撑导杆6共8根，支撑导杆6下端通过螺纹与底座1相连，支撑导杆6上端通过螺栓与上盖板15相连，对侧向加载装置起沿Z方向的导向作用，同时对上盖板15及主向加载装置起到辅助支撑作用；
所述的升降丝杠7共4根，升降丝杠7上端通过止推轴承与上盖板15相连，升降丝杠7穿过侧向基板9，并通过通过锁紧螺母10实现锁紧；利用丝杠螺母副原理，通过转动升降丝杠7的上端使侧向加载装置沿Z方向做向上或向下的直线运动；
所述的侧向标准力传感器12前端通过螺纹与侧向加载头13相连，侧向标准力传感器12后端通过螺纹与侧向加载液压缸11相连；
所述的侧向基板9为“T”型板，“T”型板的水平板通过螺栓与侧向加载液压缸11相连，“T”型板的竖直板通过锁紧螺母10与升降丝杠7相连，通过升降丝杠7控制沿着侧向导杆6上下滑动，即实现Fx或Fy向的矢量力加载，如图4所示；“T”型板的水平板上布置3组间距相同的螺纹孔，侧向加载装置通过螺纹孔定位，实现3个加载位置的变换，如图7所示；当X向或Y向两个相对的侧向加载液压缸11分别居于不同高度的两个中心位置时实现弯矩My、Mz的模拟加载，如图5所示；当X向或Y向两个相对的侧向加载液压缸11分别居于同高度相反的两个极限位置时，即实现转矩Mz的模拟加载，如图6所示。
所述的主向加载液压缸19通过主向转接法兰18固定在上盖板15上表面；所述主向标准力传感器20上端通过螺栓与主向加载液压缸19相连；主向加载头14通过螺纹固定在主向标准力传感器20下端，位于底座1、支撑导杆6和上盖板15组成的框架内；
所述的受力体5下端面通过转接板4与压电测力仪3相连，受力体5的上端面与4个侧面为受力面，将侧向加载头13与主向加载头14产生的力传递到压电测力仪3上；
模拟加载时，主向力都直接或间接地作用在底座1、上盖板15以及支撑柱8上，因此要求底座1、上盖板15和支撑柱8有很高的强度、刚度来承受重力及加载过程中产生的力；8根侧向导杆6直接与底座1、上盖板15相连，为了保证底座1、上盖板15安装及加载时的平行度，侧向导杆6长度需要有很高的加工精度和强度。
本发明的有益效果：本发明设计了一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，来精确模拟发动机在实际工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，以低成本、简便、快捷、有效的方式对推力矢量测试装置进行投入使用前的测试性能评估。同时，该加载装置能够实现大量程比的矢量力加载(主向加载量程为300kN，侧向加载量程为5000N)；通过侧向加载液压缸沿Z方向不同高度加载位置的调整，可实现变加载位置的可控六维力标定方法研究，通过侧向-主向加载液压缸的组合可实现多维矢量力的复合加载；所设计的加载装置对投入实际工况使用前的推力矢量测试装置进行六维力/力矩的模拟加载，以便对其测试性能的可靠性与稳定性进行全面、有效的评估。
附图说明
图1为本发明装置的结构主视图。
图2为本发明装置结构主视图的剖视图。
图3为本发明装置的结构俯视图。
图4为Fx、Fy、Fz加载示意图。
图5为My加载示意图。
图6为Mz加载示意图。
图7为侧向加载装置不同位置示意图。
图中：1底座；2防尘外壳；3压电测力仪；4转接板；5受力体；6支撑导杆；7升降丝杠；8支撑柱；9侧向基板；10锁紧螺母；11侧向加载液压缸；12侧向标准力传感器；13侧向加载头；14主向加载头；15上盖板；16止推轴承；17外六角螺母；18主向转接法兰；19主向加载液压缸。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
主向液加载液压缸19在接通液压油后，在液压油的驱动下主向加载头14与主向标准力传感器20下移，在与受力体5接触后产生作用力，实现了主向力Z方向的模拟加载；Y方向侧向加载液压缸11在接通液压油后，在液压油的驱动下侧向加载头13与侧向标准力传感器12前移，在与受力体5接触后产生作用力，实现了侧向力Y方向的模拟加载；X方向同理。侧向基板9通过锁紧螺母10与升降丝杠7相连，旋转升降丝杠7驱动侧向基板9沿支撑导杆6上下移动，实现侧向加载液压缸11沿竖直方向变化的不同作用点位置的侧向力加载；侧向基板9前表面布置了5组间距相同，大小一样的螺纹孔，侧向加载液压缸11可以通过任意两组相间的螺纹孔实现定位，最终实现侧向加载液压缸11在水平方向上3个加载位置的变换。当Y向两个相对的侧向加载液压缸11在竖直方向上高度相同，水平方向相反的两个极限位置时，即可实现转矩Mz的模拟加载，如图6所示；当X向两个相对的侧向加载液压缸水平方向位于中心工位但在竖直方向上高度不同时，即可实现转矩My的模拟加载；同理，可以实现转矩Mx的模拟加载，如图5所示。此外，本发明所设计的一种六维矢量力/力矩加载装置可精确模拟发动机在实际工作状态下所产生的六维矢量力/力矩，能够实现大量程比的矢量力加载(主向加载量程为300kN，侧向加载量程为5000N)；通过侧向加载液压缸沿Z方向不同高度加载位置的调整，可实现变加载位置的可控六维力标定方法研究，通过侧向-主向加载液压缸的组合可实现多维矢量力的复合加载；所设计的加载装置对投入实际工况使用前的推力矢量测试装置进行六维力/力矩的模拟加载，以便对其测试性能的可靠性与稳定性进行全面、有效的评估。

Claims (1)

1.一种用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置，其特征在于，所述的用于模拟发动机工作状态的六维矢量力/力矩加载装置包括底座(1)、防尘外壳(2)、压电测力仪(3)、转接板(4)、受力体(5)、支撑导杆(6)、升降丝杠(7)、支撑柱(8)、侧向基板(9)、锁紧螺母(10)、侧向加载液压缸(11)、侧向标准力传感器(12)、侧向加载头(13)、主向加载头(14)、上盖板(15)、止推轴承(16)、外六角螺母(17)、主向转接法兰(18)、主向加载液压缸(19)和主向标准力传感器(20)；其中，主要由侧向基板(9)、侧向加载液压缸(11)、侧向标准力传感器(12)和侧向加载头(13)组成侧向加载装置；主要由主向加载液压缸(19)、主向转接法兰(18)、主向标准力传感器(20)和主向加载头(14)组成主向加载装置；
所述的测力仪2通过螺栓固定安装于底座(1)上板表面；测力仪2上表面通过螺纹孔与转接板(4)相连；
所述支撑柱(8)共4根，两端通过外六角螺母(17)分别与底座(1)、上盖板(15)固定连接，对上盖板(15)及主向加载装置起到主要支撑作用；
所述支撑导杆(6)共8根，支撑导杆(6)下端通过螺纹与底座(1)相连，支撑导杆(6)上端通过螺栓与上盖板(15)相连，对侧向加载装置起沿Z方向的导向作用，同时对上盖板(15)及主向加载装置起到辅助支撑作用；
所述的升降丝杠(7)共4根，升降丝杠(7)上端通过止推轴承与上盖板(15)相连，升降丝杠(7)穿过侧向基板(9)，并通过通过锁紧螺母(10)实现锁紧；利用丝杠螺母副原理，通过转动升降丝杠(7)的上端使侧向加载装置沿Z方向做向上或向下的直线运动；
所述的侧向标准力传感器(12)前端通过螺纹与侧向加载头(13)相连，侧向标准力传感器(12)后端通过螺纹与侧向加载液压缸(11)相连；
所述的侧向基板(9)为“T”型板，“T”型板的水平板通过螺栓与侧向加载液压缸(11)相连，“T”型板的竖直板通过锁紧螺母(10)与升降丝杠(7)相连，通过升降丝杠(7)控制沿着侧向导杆6上下滑动，即实现Fx或Fy向的矢量力加载；“T”型板的水平板上布置3组间距相同的螺纹孔，侧向加载装置通过螺纹孔定位，实现3个加载位置的变换；当X向或Y向两个相对的侧向加载液压缸(11)分别居于不同高度的两个中心位置时实现弯矩My、Mz的模拟加载；当X向或Y向两个相对的侧向加载液压缸(11)分别居于同高度相反的两个极限位置时，即实现转矩Mz的模拟加载；
所述的主向加载液压缸(19)通过主向转接法兰(18)固定在上盖板(15)上表面；所述主向标准力传感器(20)上端通过螺栓与主向加载液压缸(19)相连；主向加载头(14)通过螺纹固定在主向标准力传感器(20)下端，位于底座(1)、支撑导杆(6)和上盖板(15)组成的框架内；
所述的受力体(5)下端面通过转接板(4)与压电测力仪(3)相连，受力体(5)的上端面与4个侧面为受力面，将侧向加载头(13)与主向加载头(14)产生的力传递到压电测力仪(3)上；
模拟加载时，主向力都直接或间接地作用在底座(1)、上盖板(15)以及支撑柱(8)上，因此要求底座(1)、上盖板(15)和支撑柱(8)有很高的强度、刚度来承受重力及加载过程中产生的力；8根侧向导杆6直接与底座(1)、上盖板(15)相连，为了保证底座(1)、上盖板(15)安装及加载时的平行度，侧向导杆6长度需要有很高的加工精度和强度。
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