CN110220712A - 一种火箭发动机推力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种火箭发动机推力测试装置包括传感器固定台、传感器固定板、传力轴、推力板、导向杆、导向架、动架、定架、板簧、发动机固定板和发动机固定架；在测试装置一端，传感器固定于传感器固定台上；在测试装置另一端，动架通过板簧固定于所述定架的正上方，导向杆为动架的轴向位移起导向作用，并限制动架在其他方向的位移；传力轴固定于动架的正上方，保证传力轴与传感器同轴且不受力接触；实验前测试架是整体式不需要组装，在实验结束后将支撑座安装好，确保板簧在非实验状态下不受力。发动机固定架与动架采用可拆卸固定方式，可以根据实验要求更换不同的发动机，只更换发动机固定架即可适用不同大小的发动机，实现测试装置的通用性。

Description

一种火箭发动机推力测试装置

技术领域

本发明属于发动机测试领域，具体涉及一种火箭发动机推力测试装置。

背景技术

火箭发动机测试技术是发动机研制过程中的核心关键技术，它贯穿于整个发动机实验研究过程，火箭发动机的工作过程十分复杂，需要通过理论分析与实验结合才能了解其全面特性。推力是体现火箭发动机性能的主要参数，为了能够准确地测试出火箭发动机的推力，研究推力测试技术十分必要。地面实验的进行能为发动机的性能鉴定提供最直观的数据，通过分析数据得出结论，从而准确获得火箭发动机地面试车过程中的推力大小。实验过程中测试系统的性能直接影响到推力等性能参数的准确度，因此降低实验过程中的误差能够提高实验数据的精确性，使得实验结论更具有参考价值。

结合华中科技大学李锡文、魏佳等人发表的名为《一种用于火箭发动机地面点火实验的测试装置》的专利，该实用新型专利申请号为201620478045.4，以及北京航空航天大学俞南嘉、田辉等人发表的名为《小推力火箭发动机移动实验平台》的专利，该发明专利申请号为201310126005.4。了解到目前火箭发动机的推力测试多采用分离式的测试装置，在实验过程中由于动架的切向移动容易产生推力偏心，导致测试结果不准确，此外，分离式的测试装置在每次进行实验前需要大量的时间安装测试架，同时目前的测试装置多为型号专用，因此针对性强，导致应用范围受限，降低了实验测试系统的通用性，从而提高了实验成本。如现有测试装置的推力板用于发动机的定位，推力板固定于发动机的一端；而固液发动机一端设置有氧化剂供给管路，如使用现有技术中的测试装置会产生干涉，影响测试实验，导致了测试装置不具有通用性。地面试实验过程中常通过改变发动机的结构及尺寸，来提高发动机性能，满足不同设计需求。因此实验室地面试车系统急需一种测试精度较高、操作方便以及通用性强的测试系统。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种整体式火箭发动机的推力测试装置，仅通过调整局部部件即可实现不同型号发动机的通用，具有操作简单、实验精度高和适用范围广的特点。

本发明的技术方案是：一种火箭发动机推力测试装置，其特征在于：包括传感器固定台、传感器固定板、传力轴、推力板、导向杆、导向架、动架、定架、板簧、发动机固定板和发动机固定架；在所述测试装置一端，传感器通过所述传感器固定板固定于传感器固定台的一侧；在所述测试装置另一端，所述定架与传感器固定台固定于同一平面，所述动架通过多个所述板簧平行固定于所述定架的正上方，且动架的中轴线与传感器的轴向平行；所述导向杆通过导向架固定于所述定架的正上方，穿过所述动架，使得所述导向杆的中心轴与所述动架的中轴线平行，所述导向架和导向杆用于为所述动架的轴向位移起导向作用，并限制动架在其他方向的位移；所述传力轴通过所述推力板固定于所述动架靠近所述传感器固定台一端的正上方，其轴向与所述动架的中轴线平行；同时保证所述传力轴与传感器的中心轴同轴，且传力轴一端与传感器为不受力接触；

所述发动机固定架通过发动机固定板固定于所述动架上，用于安装发动机，使得发动机的推力方向与所述传力轴的轴向相同。

本发明的进一步技术方案是：所述传感器固定板通过所述传感器固定台调节板固定于传感器固定台上，所述传感器固定台调节板用于实现所述传感器固定板竖直方向上位置的调整，并通过螺栓固定。

本发明的进一步技术方案是：所述定架采用工字钢焊接而成。

本发明的进一步技术方案是：所述动架是采用工字钢焊接而成的矩形框架结构，在所述矩形框架内平行于短边固定有多个横向工字钢，多个所述横向工字钢上开有同轴通孔，所述通孔均位于所述动架的中轴线上；两个所述导向杆分别通过所述导向架平行固定于所述定架的正上方，并同轴分别穿过第一所述横向工字钢的通孔和第二所述横向工字钢的通孔；所述导向杆两端设置有螺母，用于限制其轴向的位移量。

本发明的进一步技术方案是：所述导向架两侧设置有加强筋。

本发明的进一步技术方案是：所述动架和定架之间安装有多个支撑座，用于在非实验状态下支撑所述动架，减少所述动架对板簧的压力，所述支撑座与动架、定架之间均为可拆卸连接。

本发明的进一步技术方案是：所述板簧通过上、下固定板垂直固定于所述动架和定架之间，用于支撑所述动架。

本发明的进一步技术方案是：所述传力轴周向开有外螺纹，穿过所述推力板并使用传力轴固定螺母平行固定于所述动架的正上方，同时所述传力轴固定螺母能够调节所述传力轴的轴向位置；通过调整所述推力板的竖直方向上的位置，进一步实现所述传力轴在竖直方向上的位置，以满足不同尺寸发动机轴线高度不同时的实验需求。

本发明的进一步技术方案是：所述导向杆采用表面粗糙度为3.2的光滑杆。

有益效果

本发明的有益效果在于：

(1)本发明在实验前不需要大量的准备工作，测试架是整体式的不需要实验前组装。在实验前只需将支撑座取下即可，在实验结束后再将支撑座安装好，支撑座用于在非实验状态下支撑所述动架，减少动架对板簧的压力，确保板簧在非实验状态下不受力即可。

(2)本发明导向杆的设置使得实验过程中动架受径向约束，导向杆为动架的轴向位移起导向作用，能够限制动架在其他方向的位移，不会产生推力偏心，从而提高实验的准确性。

(3)本发明传力轴与传感器通过点接触，即不受力接触，使得测试结果更加准确。

(4)本发明发动机固定架与动架采用可拆卸固定方式，可以根据实验要求更换不同的发动机，同时只更换发动机固定架即可，不需要重新设计测试架，适用不同大小的发动机，实现了测试装置的通用性。

(5)本发明采用了板簧作为动架和定架之间的连接件，基于板簧本身具有弹性的特性，能够给动架提供一定的轴向位移能力，同时其弹力对发动机的推力不会造成影响。

(6)本发明测试装置具有良好的静态性能指标，其非线性、重复性和滞后性等参数均较好。

(7)本发明测试装置的推力板适用范围广具有通用性，可以广泛应用于膏体发动机、固体火箭发动机、固液混合发动机、粉末发动机等。

附图说明

图1是本发明的用于火箭发动机推力测试装置的结构示意图；

图2是发动机固定架示意图；

图3是板簧结构示意图；

图4是推力架的俯视图；

图5是推力架的正视图；

图6是推力架的右视图；

图7是支撑座的剖视图；

图8是传力轴与传力轴固定螺母的剖视图。

附图标记说明：1-传感器固定台；2-传感器固定板；3-传力轴固定螺母；4-传力轴；5-导向杆；6-发动机固定架；7-导向架；8-动架；9-传感器固定台调节板；10-推力板；11-板簧；12-支撑座；13-发动机固定板；14-定架。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明一种火箭发动机推力测试架安装在试车台上，推力测试装置的详细结构由附图给出。图1中的推力测试装置，它包括传感器固定台1、传感器固定板2以及传感器固定台调节板9，主要用来固定推力传感器的位置。其中推力传感器的位置与传力轴4的轴线位置直接相关，传力轴通过推力板10与传力轴固定螺母3固定，其中推力板10约束横向移动，传力轴固定螺母3约束纵向移动，推力轴4的轴向距离是根据实验所用推力传感器的不同来确定，在实验时，通过传力轴固定螺母3调节传力轴4的轴向位置。推力板10焊接在动架8上，由于其受力较大，在推力板10与动架8之间通过加强筋加固，动架8与定架14通过板簧11连接，在非推力测试状态下，通过支撑座12支撑，为使得动架8相对于定架14只能在轴线方向上位移，设计有导向杆5和导向架7，导向架7焊接在定架14上，导向杆穿在动架8和导向架7之间。导向架7固定在定架14上，由于其高度较高，为使得导向架更加结实，在其两侧增加了加强筋；通过导向杆5来约束动架的径向位移，使得动架只能在轴向移动，导向杆5为了减少摩擦阻力，主体采用表面粗糙度为3.2的光滑杆结构，为了防止在实验过程中由于气流的改变或者其他因素造成导向杆5的脱落，在导向杆5的前端可以采用螺纹结构。

火箭发动机固定在发动机固定架6上，发动机固定架6通过螺栓固定在发动机固定板13上。发动机固定板13通过螺栓固定在动架8上。当需要测试相同直径不同长度的发动机时只需调节两对发动机固定板13的距离即可，当需要测试不同直径的发动机时，只需要更换发动机固定架即可。

本发明发动机推力测试装置主要由以下五部分组成，分别是推力测试部分，包括推力传感器固定台、传感器固定座、传感器固定台调节板、传力轴、推力板以及推力传感器；相对位移部分，包括定架和动架；径向约束部分，包括导向杆和导向架；弹性连接件与支撑装置，包括板簧和支撑座；以及发动机固定装置，包括发动机固定板和发动机固定架。

在首次安装实验完成以后，只需要将支撑座放到动架与定架之间，调节支撑座的高度使得板簧不受力即可，提高板簧的使用寿命。同时，为了防止推力架生锈提高推力架整体的使用寿命、减小摩擦阻力，对推力板10进行喷漆防锈处理。

实例一：

小型火箭发动机的推力测试，直径为100mm的固液混合火箭发动机，首先选取长600mm的发动机固定板，将固液混合发动机固定板安装在动架上，使得左右距离完全相同，从而达到使发动机的轴线与整体动架的轴线一致，然后选用直径100mm的发动机固定架，将发动机固定架通过螺栓固定在发动机固定板上，将装配好的固液混合发动机固定在发动机固定板上，将氧化剂管路与固液混合发动机喷注器连接好。

将导向杆插入动架和导向架之间，拧上螺母防止其在实验过程中脱落，取下支撑座使板簧受力；调节传力轴的高度，使传力轴轴线与固液混合发动机的轴线保持一致，将传感器固定在传感器座上，调节传感器座的高度，使传感器轴线与传力轴的轴线保持一致，接着调节传力轴与推力传感器的距离，使得推力轴与推力传感器保持只接触不受力状态，通过传力轴固定螺母进行固定；最终实验结束后，将支撑座放在动架和定架之间，调节支撑座的高度，使板簧处于不受力的状态。拆下发动机和推力传感器即可。

实例二：

中型火箭发动机的推力测试，直径为1000mm的固体火箭发动机，首先选取长1800mm的发动机固定板，将发动机固定板安装在动架上，使得左右距离完全相同，从而达到使发动机的轴线与整体动架的轴线一致，然后选取直径1000mm的发动机固定架，将发动机固定架固定在发动机固定板上，将装配好的混合发动机固定在发动机固定板上。

将导向杆插入动架和导向架之间，拧上螺母防止其在实验过程中脱落，取下支撑座使板簧受力；调节传力轴的高度，使传力轴轴线与固液混合发动机的轴线保持一致，将传感器固定在传感器座上，调节传感器座的高度，使传感器轴线与传力轴的轴线保持一致，接着调节传力轴与推力传感器的距离，使得推力轴与推力传感器保持只接触不受力状态，通过传力轴固定螺母进行固定；最终实验结束后，将支撑座放在动架和定架之间，调节支撑座的高度，使板簧处于不受力的状态。拆下发动机和推力传感器即可。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种火箭发动机推力测试装置，其特征在于：包括传感器固定台、传感器固定板、传力轴、推力板、导向杆、导向架、动架、定架、板簧、发动机固定板和发动机固定架；在所述测试装置一端，传感器通过所述传感器固定板固定于传感器固定台的一侧；在所述测试装置另一端，所述定架与传感器固定台固定于同一平面，所述动架通过多个所述板簧平行固定于所述定架的正上方，且动架的中轴线与传感器的轴向平行；所述导向杆通过导向架固定于所述定架的正上方，穿过所述动架，使得所述导向杆的中心轴与所述动架的中轴线平行，所述导向架和导向杆用于为所述动架的轴向位移起导向作用，并限制动架在其他方向的位移；所述传力轴通过所述推力板固定于所述动架靠近所述传感器固定台一端的正上方，其轴向与所述动架的中轴线平行；同时保证所述传力轴与传感器的中心轴同轴，且传力轴一端与传感器为不受力接触；

所述发动机固定架通过发动机固定板固定于所述动架上，用于安装发动机，使得发动机的推力方向与所述传力轴的轴向相同。

2.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述传感器固定板通过所述传感器固定台调节板固定于传感器固定台上，所述传感器固定台调节板用于实现所述传感器固定板竖直方向上位置的调整，并通过螺栓固定。

3.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述定架采用工字钢焊接而成。

4.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述动架是采用工字钢焊接而成的矩形框架结构，在所述矩形框架内平行于短边固定有多个横向工字钢，多个所述横向工字钢上开有同轴通孔，所述通孔均位于所述动架的中轴线上；两个所述导向杆分别通过所述导向架平行固定于所述定架的正上方，并同轴分别穿过第一所述横向工字钢的通孔和第二所述横向工字钢的通孔；所述导向杆两端设置有螺母，用于限制其轴向的位移量。

5.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述导向架两侧设置有加强筋。

6.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述动架和定架之间安装有多个支撑座，用于在非实验状态下支撑所述动架，减少所述动架对板簧的压力，所述支撑座与动架、定架之间均为可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述板簧通过上、下固定板垂直固定于所述动架和定架之间，用于支撑所述动架。

8.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述传力轴周向开有外螺纹，穿过所述推力板并使用传力轴固定螺母平行固定于所述动架的正上方，同时所述传力轴固定螺母能够调节所述传力轴的轴向位置；通过调整所述推力板的竖直方向上的位置，进一步实现所述传力轴在竖直方向上的位置，以满足不同尺寸发动机轴线高度不同时的实验需求。

9.根据权利要求1所述火箭发动机推力测试装置，其特征在于：所述导向杆采用表面粗糙度为3.2的光滑杆。