CN110259606B - 一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法，利用原位校准装置实现原位校准；斜支撑安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上，油缸支架上固定安装油缸定位调节机构；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致。本发明能够标定发动机推力在垂直方向上的分力所产生的摩擦阻力带来的系统误差。

Description

一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法

本申请为分案申请，原申请的申请日为2017年12月05日，申请号为201711263725X，发明名称为一种用于滚控发动机地面点火试验的整体式法兰套筒试验架。

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机静止试验推力测量技术领域，具体为一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法。

背景技术

发动机的推力测量在固体火箭发动机研制过程中占有很重要的地位。某型号滚控发动机采用斜置式摆动喷管，喷管不在燃烧室轴线上，且喷管轴线与燃烧室轴线呈一定夹角，导致推力存在垂直方向和水平方向上的分力，试验主要测量水平方向推力。

由于存在垂直方向的分力，导致采用传统的中心架式试验方案时，试验架滚轮的压紧程度会对试验架阻力产生较大的影响，安装状态的不一致造成了推力测量值散差较大，影响了发动机推力的准确测量；另外由于管轴线与燃烧室轴线呈一定夹角，导致采用传统的中心架式试验方案时，喷管会摆动，无法准确测量水平方向推力。

另外，在试验前的原位校准过程时，由于存在垂直方向的分力作用在动-定架之间的线性运动轴承上，产生滚动摩擦阻力，该摩擦阻力会随发动机推力的变化而变化，因此会产生较大的系统误差，采用传统的中心架式试验方案无法有效的标定系统误差。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法。

本发明的技术方案为：

所述一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法，其特征在于：利用原位校准装置实现原位校准；

所述原位校准装置包括定架、动架、测力组件、承力墩，承力墩固定在定架上，发动机燃烧室安装在动架内，测力组件安装在动架与承力墩之间，且测力组件与发动机燃烧室同轴；还包括喷管定位盘、标准传感器、加力油缸、油缸定位调节机构、油缸支架和斜支撑；

斜支撑固定安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上部连接法兰上，油缸支架上部侧面固定安装有油缸定位调节机构；油缸定位调节机构端面四边安装有连接耳片；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，并能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致；

在校准前，先将喷管定位盘安装在发动机的喷管上，将斜支撑通过连接螺栓安装在定架上，用连接螺栓将油缸支架安装在斜支撑上端的连接法兰上，用连接螺栓将油缸定位调节机构安装在油缸支架上，用调节螺栓将加力油缸安装在油缸定位调节机构上，再依次安装油缸接头、标准传感器和球接头，通过调节油缸定位调节机构及调节螺栓，使得球接头顶在喷管定位盘的中心点上，且保证校准方向与发动机喷管同轴；

校准时，加力油缸施加的力与喷管同轴，通过标准传感器作用到发动机喷管上，加力油缸施加的力由标准传感器测得，其水平方向上的分力通过发动机、动架作用到测力组件上，测力组件测得的推力数据由数据采集系统采集，垂直方向上的分力作用到动架上，并产生摩擦阻力，该摩擦阻力随加力油缸施加力的变化而变化，与发动机点火试验时的状态基本一致，从而将动架、定架及测试系统的误差标定出来，消除动架、定架及测试系统的系统误差。

有益效果

本发明提出一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法，考虑到实际测量过程中，滚动摩擦力虽然小，为了进一步提高试验精度，在进行原位校准时，不能完全依靠传统燃烧室轴向加力原位校准，需要考虑摩擦力随推力的变化，因此提出了一种喷管轴向加力原位校准方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：整体式法兰套筒试验架(点火试验状态)结构图；

其中：1、锁紧螺母；2、承力墩；3、顶杆；4、测力组件；5、连接螺栓；6、调节螺栓；7、法兰套筒动架；8、连杆；9、侧板连接螺栓；10、螺母；11、轴支架；12、支耳；13、线性运动轴承；14、简易快速定位夹具；15、夹具连接螺栓；16、预紧力加载调节螺栓；17、预紧力加载支架；18、弹簧；19、限位顶杆；20、轴支架连接螺栓；21、定架；22、定架与地面的连接螺栓；

图2：整体式法兰套筒试验架(燃烧室轴向加力原位校准状态)结构图；图中省略了动架左侧的轴支架；

其中：23、承力墩与定架的连接螺栓；24、限位保险机构调节螺栓；25、限位保险机构与定架的连接螺栓；26、限位保险机构；27、标准传感器；28、加力油缸；29、油缸连接螺栓；30、油缸支架；31、油缸支架与定架的连接螺栓；

图3：整体式法兰套筒试验架(喷管轴向加力原位校准状态)结构图；

图4：法兰套筒动架结构图；

图5：简易快速定位夹具结构图；(a)主视图；(b)侧视图；

图6：弹簧式预紧力加载机构示意图；

图7：自润滑式线性运动轴承示意图；

图8：连杆示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

如图1所示，本实施例中的用于滚控发动机地面点火试验的整体式法兰套筒试验架采用卧式整体式结构，定架21、承力墩2、测力组件4、法兰套筒动架7。承力墩2固定安装在定架21上，顶杆3通过锁紧螺母1安装到承力墩2上，测力组件4与法兰套筒动架7同轴固定连接，测力组件前端能够顶在顶杆上。

本实施例的特点在于还包括轴支架11、连杆8、线性运动轴承13和简易快速定位夹具14。

根据滚控发动机的结构特点，本实施例中采用4个自润滑式线性运动轴承，分别安装在法兰套筒动架7左右两侧的前后支耳12中。每侧的2个自润滑式线性运动轴承两两相对安装。两根连杆分别与法兰套筒动架水平方向左右两侧支耳内的线性运动轴承配合，将法兰套筒动架安装在两根连杆上。连杆两端固定安装在轴支架的连接孔内，并用螺母轴向限位；轴支架固定安装在定架上；滚控发动机燃烧室通过调节螺栓安装在法兰套筒动架内。

在结构设计上，通过调节轴支架以及法兰套筒动架的调节螺栓，使滚控发动机燃烧室轴线与测力组件轴线共线；并使两根连杆的轴线(同线性运动轴承的中心线)与滚控发动机燃烧室轴线以及测力组件轴线处于同一水平面，且相互平行，与承力墩2的承力面相垂直。

当发动机点火工作时，带动法兰套筒动架7通过线性运动轴承13在连杆8上水平方向自由移动，将推力传递给测力组件4，此时，由于自润滑式线性运动轴承的承载球与轴呈点接触，摩擦阻力很小，认为试验测得的推力等于发动机在水平方向上的分力。另外，自润滑式线性运动轴承和连杆采用了组合设计，且在首次安装调试过程中将其与试验架的动架和定架进行了整体集成，使得试验架成为动-定架一体式结构，避免了每次试验前的安装调试，解决斜置式摆动喷管滚控发动机安装调试的困难，以及推力无法准确测量的问题，提高了试验效率。

在试验架安装调试过程中，承力墩2通过连接螺栓23安装在定架21上，顶杆3通过锁紧螺母1安装到承力墩2上，连接螺栓5将测力组件4与法兰套筒动架7连接。定架21用T型螺栓22安装在试验台上。轴支架11通过连接螺栓20安装在定架21上。将连杆8和线性运动轴承13组成的组合体与发动机动架7和定架21连接，4个线性运动轴承13安装在法兰套筒动架7前后左右的4个支耳12中，将2个连杆的两端分别安装在定架前后左右的4个轴支架11的连接孔内，并用螺母挡住，以免窜动。通过调试，使4个线性运动轴承13与测力组件4的轴线在同一平面内保持水平。此时，除前端的测力组件4和顶杆3以及锁紧螺母1，试验架已经成为一个整体结构，每次试验前将不再进行安装调试。

为了适应没有连接裙的滚控发动机的安装和推力测量，动架7设计为法兰套筒结构，如图4所示。试验前，将所述发动机与法兰套筒动架采用连接螺栓连成一体，为使发动机与测力组件4同轴，试验前用4个调节螺栓微量调节发动机轴线的水平。此时，发动机产生的推力可以通过法兰套筒动架7直接传递到测力组件4上，该结构替代了传统试验架的动架、弧形座和推力架，简化了发动机推力传递环节，消除了多个连接环节造成的推力传递误差，并降低了动架的消极质量，有效提高了试验架的动态特性。

同时，为防止试验过程中喷管转动，设计简易快速定位夹具14，夹具结构如图5。该夹具以喷管主体右侧的定位面作为安装基准，通过螺栓将夹具底部的定位板与喷管主体右侧的定位面连接，用夹具上端的“П”型夹口夹紧喷管顶部的固定块，防止喷管转动，使喷管轴线与燃烧室轴线在同一纵向平面内，且夹角始终保持不变，确保发动机每次安装状态的一致性。

为了消除试验架推力传递组件与承力面之间的间隙，减小发动机点火瞬间产生的冲击及试验过程中震荡对推力测量的影响，设计预紧力加载机构，如图6所示。预紧力加载机构由预紧力加载支架、预紧力加载调节螺栓、限位顶杆和弹簧组成；所述预紧力加载支架固定在定架上；限位顶杆安装在预紧力加载支架上，且限位顶杆顶在滚控发动机燃烧室轴线方向后端，弹簧套在限位顶杆上，且受限位顶杆头部和预紧力加载支架的约束处于压缩状态；预紧力加载调节螺栓安装在限位顶杆末端。该机构采用弹簧+顶杆+锁紧螺母结构，对发动机轴向施加预紧力，提高推力测量的安全性。

为了进一步提高试验安全性，还设计了限位保险机构；所述限位保险机构由限位保险机构支架和限位保险机构调节螺栓组成；限位保险机构支架固定在定架上；且处于法兰套筒动架与测力组件之间的位置，限位保险机构调节螺栓安装在限位保险机构支架上端，且能够在轴向对法兰套筒动架进行限位保护。

考虑到实际测量过程中，滚动摩擦力虽然小，为了进一步提高试验精度，在进行原位校准时，不能完全依靠图2所示的传统燃烧室轴向加力原位校准，需要考虑摩擦力随推力的变化，设计喷管轴向加力原位校准装置，如图3所示。

斜支撑固定安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上部连接法兰上，油缸支架上部侧面固定安装有油缸定位调节机构；油缸定位调节机构端面四边安装有连接耳片；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，并能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致。

在校准前，先将喷管定位盘安装在发动机的喷管上，将斜支撑通过连接螺栓安装在定架上，用连接螺栓将油缸支架安装在斜支撑上端的连接法兰上，用连接螺栓将油缸定位调节机构安装在油缸支架上，用调节螺栓将加力油缸安装在油缸定位调节机构上，再依次安装油缸接头、标准传感器和球接头，通过调节油缸定位调节机构及调节螺栓，使得球接头顶在喷管定位盘的中心点上，且保证校准方向与发动机喷管同轴。

校准时，加力油缸施加的力与喷管同轴，通过标准传感器作用到发动机喷管上，加力油缸施加的力由标准传感器测得，其水平方向上的分力通过发动机、动架作用到测力组件上，测力组件测得的推力数据由数据采集系统采集，垂直方向上的分力作用到动架上，并产生摩擦阻力，该摩擦阻力随加力油缸施加力的变化而变化，这与发动机点火试验时的状态基本一致，所以可以将动架、定架及测试系统的误差标定出来，从而消除动架、定架及测试系统的系统误差。

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 (1)

1.一种斜置喷管轴向加力的推力原位校准方法，其特征在于：利用原位校准装置实现原位校准；

所述原位校准装置包括定架、动架、测力组件、承力墩，承力墩固定在定架上，发动机燃烧室安装在动架内，测力组件安装在动架与承力墩之间，且测力组件与发动机燃烧室同轴；还包括喷管定位盘、标准传感器、加力油缸、油缸定位调节机构、油缸支架和斜支撑；

斜支撑固定安装在定架上，斜支撑上部连接法兰平面与发动机燃烧室轴线夹角等于斜置喷管轴线与发动机燃烧室轴线的倾斜角；油缸支架固定安装在斜支撑上部连接法兰上，油缸支架上部侧面固定安装有油缸定位调节机构；油缸定位调节机构端面四边安装有连接耳片；加力油缸固定安装在油缸定位调节机构端面，并能够通过油缸定位调节机构端面四边的连接耳片调节加力油缸轴线位置；加力油缸前端通过油缸接头同轴连接标准传感器；标准传感器前端通过球接头与喷管定位盘同轴配合；喷管定位盘扣装在斜置喷管的出口端面上，喷管定位盘的外环与喷管型面完全贴合，喷管轴线与喷管定位盘轴线一致；

在校准前，先将喷管定位盘安装在发动机的喷管上，将斜支撑通过连接螺栓安装在定架上，用连接螺栓将油缸支架安装在斜支撑上端的连接法兰上，用连接螺栓将油缸定位调节机构安装在油缸支架上，用调节螺栓将加力油缸安装在油缸定位调节机构上，再依次安装油缸接头、标准传感器和球接头，通过调节油缸定位调节机构及调节螺栓，使得球接头顶在喷管定位盘的中心点上，且保证校准方向与发动机喷管同轴；

校准时，加力油缸施加的力与喷管同轴，通过标准传感器作用到发动机喷管上，加力油缸施加的力由标准传感器测得，其水平方向上的分力通过发动机、动架作用到测力组件上，测力组件测得的推力数据由数据采集系统采集，垂直方向上的分力作用到动架上，并产生摩擦阻力，该摩擦阻力随加力油缸施加力的变化而变化，与发动机点火试验时的状态基本一致，从而将动架、定架及测试系统的误差标定出来，消除动架、定架及测试系统的系统误差。

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