CN110836743B - 一种主侧推力解耦的推力矢量测试台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主侧推力解耦的推力矢量测试台，包括双法兰短管、测力装置、周向限位装置、底板和N组侧向直线限位装置。周向限位装置中心设有通孔，固定于底板顶面，测力装置上部固定于周向限位装置的顶面，下部穿过周向限位装置的通孔与底板顶面相连，双法兰短管固定于测力装置顶面，用于转接推力器。N组侧向直线限位装置均匀环绕周向限位装置布置，并固定底板顶面，周向限位装置的外壁面与侧向直线限位装置固连。本发明结构简单，安装方便，能进行空间三维力测试，同时做到主侧推力解耦，对推力器的推力矢量特性达到更精确的测量。

Description

一种主侧推力解耦的推力矢量测试台

技术领域

本发明属于推力矢量测试领域，具体涉及一种主侧力推力解耦的推力矢量测试台，特别应用于基于微纳卫星的固体推力器的推力矢量测试。

背景技术

随着航天技术的快速发展，空间技术的研发日愈深入，高机动性的微纳卫星成为空间对抗领域的重要力量，已经成为各传统航天强国空间战略化发展的重要方向。要满足微纳卫星在空间环境中的快速大范围变轨机动和快速响应部署，需要微纳卫星推进技术做支撑。而固体火箭推力器具备结构简单、外部接口少、工作可靠性高、反应能力快速、机动性好、推进剂密度比冲高和质量比高的优势，特别适用于结构推进一体化的高集成度微纳卫星。因此，全面了解掌握推力器的推力性能，提高推力控制精确度，提供可预测、可重复的推力特性，对实现卫星空间会合、抵近操作等轨道机动任务具有重要意义。

由于轨道机动的高预示精度要求，对固体推力器的推力矢量控制性能要求也极为严格。而推力器各项性能指标信息的获取，需要靠推力矢量测试试验来实现。通过对其推力参数的准确测量，可以对推力大小及偏斜方向进行精确控制，从而对卫星的姿态和速度进行及时准确的调整。若推力器推力大小与偏斜角的数据精度不够高，会在实际中导致卫星空间任务的失败，进而影响整星的在轨验证计划。因此，发展基于微纳卫星的固体推力器的高精度推力矢量测量技术是十分必要且迫切的。

虽然国内外用于测量推力器的推力矢量装置种类和形式都多种多样，但大都采用六分力推力矢量测试台来进行测试。六分力推力矢量测试台由定架、动架、测力组件、原位标定装置、保险架和承力墩构成。但根据六分力模型求解的条件以及实际测量中主推力测量的要求，推力器的重心需要在推力器中心轴线变化，而推力器则需要与试车台主推力传感器严格同轴，其难度是较大的。一旦无法保证同轴度，就会带来较大的测量误差。并且六分力测试台中的六个测力组件会产生附加力输出，同时也会在动架约束受力时相互干扰。当推力值以及偏心量较小时，推力矢量的测量精度无法得到保证。由于是卧式结构，推力器燃烧过程中燃料减少还会对侧向力产生影响。

201710999738.7公开了《一种大推力矢量立式测试装置机构》，由八工位标定板，侧向加载装置和主向液压动力系统组成其主侧推力校准结构，测力仪固定在顶板与底板之间，形成一个整体。但其侧向校准结构过多，利用率低。同时未对不同空间高度的侧向力引起的系统误差展开标定。而主推力校准装置由液压结构组成，与受力点之间存在过多组件，附加干扰多因此精度无法得到保证。

因此即使目前固体推力器广泛应用在各类航天器上，但其推力性能的测试仍是难点。所以从实际工程应用的角度出发，需要研制一种主侧力推力解耦的推力矢量测试台来准确获取推力器的推力矢量性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主侧推力解耦的推力矢量测试台，解决了一般推力矢量测试台各结构附加力相互干扰很难得到真实主推力的难题，在结构上实现了主侧推力的解耦，同时解决了在测力结构刚度大的情况下无法保证多个传感器与测力平面等高度接触的平面度问题，提高了测试台的测量精度。

本发明的技术解决方案为：一种主侧推力解耦的推力矢量测试台，包括双法兰短管、测力装置、周向限位装置、底板和N组侧向直线限位装置，N≥2。周向限位装置中心设有通孔，固定于底板顶面，测力装置上部固定于周向限位装置的顶面，下部穿过周向限位装置的通孔与底板顶面相连，双法兰短管固定于测力装置顶面，用于转接推力器。N组侧向直线限位装置均匀环绕周向限位装置布置，并固定底板顶面，周向限位装置的外壁面与侧向直线限位装置固连。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明结构简单，刚度大，可靠性好，实用性强，非常适用于基于微纳卫星的固体推力器矢量测试。

(2)本发明实现了推力解耦，在保证主推力精度的同时测得侧推力，更全面的实现空间力和力矩的测量。

(3)本发明通过环氧树脂E-44固化剂连接三维力传感器与周向限位装置上若干沉孔，在若干定位销的保持下实现传感器在测力平面的高精度平面度。

(4)本发明容错性高，主推力连接杆直接压在承力连接杆上，不需要测力台和推力器与主推力传感器严格同轴，就能保证主推力的测量精度。

附图说明

图1是本发明一种主侧推力解耦的推力矢量测试台的整体结构示意图。

图2是本发明一种主侧推力解耦的推力矢量测试台中主推力测量的结构示意图。

图3是本发明一种主侧推力解耦的推力矢量测试台中周向限位装置示意图。

图4是本发明一种主侧推力解耦的推力矢量测试台中侧向直线限位装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1，本发明所述一种主侧推力解耦的推力矢量测试台，包括双法兰短管1、测力装置2、周向限位装置3、底板5和N组侧向直线限位装置4，N≥2。周向限位装置3中心设有通孔，固定于底板5顶面，测力装置2上部固定于周向限位装置3的顶面，下部穿过周向限位装置3的通孔与底板5顶面相连，双法兰短管1固定于测力装置2顶面，用于转接推力器。N组侧向直线限位装置4均匀环绕周向限位装置3布置，并固定底板顶面，周向限位装置3的外壁面与侧向直线限位装置4固连。

结合图1，推力器通过螺钉螺母固定与双法兰短管1的顶面，双法兰短管1的内壁设有螺距长20mm的螺纹作为推力器转接备用，可满足不同型号的推力器转接需求。

结合图1和图2，所述测力装置2包括受力测试板2-1、主推力连接杆2-2、承力连接杆2-3、S型拉压力传感器2-4和四个三维力传感器2-5。受力测试板2-1为方形板，并进行倒圆角处理，减少了材料重量以及可以防止直角处太锋利。双法兰短管1在定位销保持下与受力测试板2-1同轴连接，受力测试板2-1顶面设有四个第一沉孔，四个第一沉孔呈正方形分布，且严格保证其位置误差。四个三维力传感器2-5分别插入四个第一沉孔后压入周向限位装置3顶面，三维力传感器2-5通过螺栓与受力测试板2-1固连，螺栓校准到合适的预紧力后，螺栓与受力测试板2-1接触处使用树脂胶再次固定，保证三维力传感器2-5测力的精确性和可重复性。主推力连接杆2-2顶端与受力测试板2-1底面中心通过螺纹连接，另一端穿过周向限位装置3通孔后压在承力连接杆2-3的顶端，S型拉压力传感器2-4底端与底板5的顶面通过螺纹连接，顶端与承力连接杆2-3的底端通过螺纹连接，保证了主推力连接杆2-2、承力连接杆2-3、S型拉压力传感器2-4上力的轴向传递。

结合图1和图3，所述周向限位装置3包括传感器下连接板3-1和滑块限位筒3-2，滑块限位筒3-2为圆筒，传感器下连接板3-1为方形板，其中心设有通孔与滑块限位筒3-2的内筒相连通，传感器下连接板3-1进行倒圆角处理，减少了材料重量以及可以防止直角处太锋利。传感器下连接板3-1固定于滑块限位筒3-2的顶面，传感器下连接板3-1顶面设置有四个第二沉孔，四个第二沉孔与四个第一沉孔位置对应，使得四个三维力传感器2-5分别插入四个第一沉孔后压入对应的第二沉孔。环绕滑块限位筒3-2的外壁面垂直切割M个相同的平面，M＝N，M个平面到滑块限位筒3-2中心轴线的距离一致，且相邻两个平面呈

布置，M个平面均布若干螺纹孔，用于连接侧向直线限位装置4的直线滑块4-2。安装时，首先将直线滑块4-2通过螺纹固定在滑块限位筒3-2外壁面上，再与侧向直线限位装置4的其他部件配合。安装三维力传感器2-5时，首先与受力测试板2-1的第一沉孔通过螺纹固连，保证平面度精度以及预紧受力一致性，连接后在传感器下连接板3-1顶面的第二沉孔中置环氧树脂E-44固化剂，在定位销的保持下将传感器3-1与受力测试板2-1整体压入固化剂中，等待6小时后完成固连，保证了三维力传感器2-5在0.01mm级别的平面度精度，避免了四个三维力传感器2-5存在高低不平从而影响整个测力装置2的测量精度。

所述传感器下连接板3-1和滑块限位筒3-2为一体制造。

结合图4，所述每组侧向直线限位装置4包括侧向支撑板4-1、圆柱导轨4-3、两个直线滑块4-2和两个导轨支撑台4-4。侧向支撑板4-1为L形板，其上设有筋板，侧向支撑板4-1的水平底面设有键槽型通孔，螺柱经键槽型通孔将侧向支撑板4-1与底板5固连，键槽型设计方便侧向直线装置4在底板5上安装与调节。两个导轨支撑台4-4对称固定在侧向支撑板4-1的竖直侧面，圆柱导轨4-3两端分别穿过导轨支撑台4-4，并通过锁紧螺钉进行锁紧，两个直线滑块4-2设置在圆柱导轨4-3上，导轨支撑台4-4与直线滑块4-2均自身配合有直线轴承。

所述侧向支撑板4-1板材料为40Gr。

所述圆柱导轨4-3材料为GCr15 45钢.

所述双法兰短管1、受力测试板2-1、周向限位装置3以及底板5材料均为7A04T6。

所述主推力连接杆2-2、承力连接杆2-3均采用高强度调制结构钢30CrMnSi材料。

本发明所述一种主侧推力解耦的推力矢量测试台的工作原理为：

当基于微纳卫星的推力器点火后，产生一个不断变化的推力矢量，推力经过双法兰短管1传递到受力测试板，侧方向的力传递到四个三维力传感器2-5上，而竖直方向的主推力沿着主推力连接杆2-2传递到S型拉压力传感器2-4上，通过在每个三维力传感器2-5上测得的三方向力信号和在S型拉压力传感器2-4上测得的力信号，利用刚体平衡原理，通过力的合成可以得到推力器的实际推力矢量随时间的变化，包括力的大小、方向和作用点。力的解耦原理是通过四个侧向直线限位装置4中的圆柱导轨4-3来限制周向限位装置3的周向转动，而竖直方向的滑动且几乎没有摩擦，所以周向限位装置3不受竖直方向的压力。因此实现了推力器的轴向推力通过受力测试板2-1直接传递到主推力连接杆2-2上，而不分散到周向限位装置3上。主推力连接杆2-2的下端压在承力连接杆2-3上表面，而不是直接固连，因此力沿轴向传递到S型拉压力传感器2-4，最后测得主推力。周向限位装置3的周向因为被四个侧向直线限位装置4固定住，使得力能够传递到与受力测试板2-1固连的四个三维力传感器2-5上，从而测得侧向力。保证四个三维力传感器2-5受力时高度一致的原理是先通过四个三维力传感器2-5上表面与受力测试板2-1在保证平面度固连的情况下，在四个定位销的保持下通过环氧树脂胶将三维力传感器2-5下表面固定在周向限位装置3上，达到了四个三维力传感器2-5受力面一致的效果，保证了周向测量的准确性。

Claims (7)

1.一种主侧推力解耦的推力矢量测试台，包括，

固定于底面的底板(5)，

其特征在于：还包括，

固定于底板(5)顶面的周向限位装置(3)，周向限位装置(3)中心设有通孔；

固定于周向限位装置(3)的顶面测力装置(2)，测力装置(2)下部穿过周向限位装置(3)的通孔与底板(5)顶面相连；

固定于测力装置(2)顶面的双法兰短管(1)，用于转接推力器；

均匀环绕周向限位装置(3)布置的N组侧向直线限位装置(4)，固定底板顶面，周向限位装置(3)的外壁面与侧向直线限位装置(4)固连。

2.根据权利要求1所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：所述测力装置(2)包括，

方形的受力测试板(2-1)，双法兰短管(1)在定位销保持下与受力测试板(2-1)同轴连接，受力测试板(2-1)顶面设有四个第一沉孔，四个第一沉孔呈正方形分布；

四个三维力传感器(2-5)，将它们分别插入四个第一沉孔后压入周向限位装置(3)顶面，三维力传感器(2-5)通过螺栓与受力测试板(2-1)固连；

主推力连接杆(2-2)，其顶端与受力测试板(2-1)底面中心连接，另一端穿过周向限位装置(3)通孔后压在承力连接杆(2-3)的顶端；

S型拉压力传感器(2-4)，其底端与底板(5)的顶面通过螺纹连接，顶端与承力连接杆(2-3)的底端通过螺纹连接，保证了主推力连接杆(2-2)、承力连接杆(2-3)、S型拉压力传感器(2-4)上力的轴向传递。

3.根据权利要求1所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：周向限位装置(3)包括，

滑块限位筒(3-2)，为圆筒；

方形的传感器下连接板(3-1)，其中心设有通孔，所述通孔与滑块限位筒(3-2)的内筒相连通，传感器下连接板(3-1)固定于滑块限位筒(3-2)的顶面，传感器下连接板(3-1)顶面设置有四个第二沉孔，四个第二沉孔与四个第一沉孔位置对应，使得四个三维力传感器(2-5)分别插入四个第一沉孔后压入对应的第二沉孔。

4.根据权利要求3所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：环绕滑块限位筒(3-2)的外壁面垂直切割M个相同的平面，M＝N，M个平面到滑块限位筒(3-2)中心轴线的距离一致，且相邻两个平面呈

布置，M个平面用于连接侧向直线限位装置(4)。

5.根据权利要求3所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：所述传感器下连接板(3-1)和滑块限位筒(3-2)为一体制造。

6.根据权利要求3所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：每组侧向直线限位装置(4)包括，

L形的侧向支撑板(4-1)，侧向支撑板(4-1)的水平底面设有键槽型通孔，螺柱经键槽型通孔将侧向支撑板(4-1)与底板(5)固连；

两个导轨支撑台(4-4)，它们对称固定在侧向支撑板(4-1)的竖直侧面；

圆柱导轨(4-3)，其两端分别穿过导轨支撑台(4-4)，并通过锁紧螺钉进行锁紧；

两个直线滑块(4-2)，它们设置在圆柱导轨(4-3)上；

导轨支撑台(4-4)与直线滑块(4-2)均自身配合有直线轴承。

7.根据权利要求3所述的主侧推力解耦的推力矢量测试台，其特征在于：侧向支撑板(4-1)上设有筋板。

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