CN111559517A - 一种冷气发动机推力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷气发动机推力测量装置，包括定架组件和设置在定架组件上的动架组件，定架组件上设置有推力传感器，推力传感器的顶部设置有用于与冷气发动机的推力室的前端连接的第一连接位；动架组件与定架组件沿垂直方向滑动配合，动架组件上设置有用于与所述推力室的喷气端连接的第二连接位，且第二连接位与第一连接位在垂直方向上正对布置。该冷气发动机推力测量装置，在实际应用过程中，有效的避免了重力及自身内压对测量结果的干扰，消除了推力测量误差，大大提升了测量结果的准确性。

Description

一种冷气发动机推力测量装置

技术领域

本发明涉及发动机推力测试技术领域，尤其涉及一种冷气发动机推力测量装置。

背景技术

冷气发动机主要用于火箭、卫星等航天器的姿态调整，通过将高压惰性气体进行膨胀加速，从而根据牛顿第三定律产生反作用推力。冷气推进发动机直接将压力能变为动能，无任何化学反应。

冷气发动机的推力一般在300N以下，属于小推力量级，而自身的重量通常在几十N。由于目前的姿孔发动机试验装置推力产生轴线均为水平方向，发动机自身重力对水平推力的测量存在一定的干扰，推力测量误差较大，致使测量结果不准确。

综上所述，如何解决冷气发动机推力测量装置的推力测量误差较大致使测量结果不准确的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷气发动机推力测量装置，以解决冷气发动机推力测量装置的推力测量误差较大致使测量结果不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种冷气发动机推力测量装置，包括定架组件和设置在所述定架组件上的动架组件，所述定架组件上设置有推力传感器，所述推力传感器的顶部设置有用于与冷气发动机的推力室的前端连接的第一连接位；所述动架组件与所述定架组件沿垂直方向滑动配合，所述动架组件上设置有用于与所述推力室的喷气端连接的第二连接位，且所述第二连接位与所述第一连接位在垂直方向上正对布置。

优选地，所述定架组件包括下固定支板和设置在所述下固定支板上且沿竖直方向布置的滑轨，所述推力传感器设置在所述下固定支板上；所述动架组件包括滑动支板和设置在所述滑动支板上且与所述滑轨滑动配合的滑块，所述第二连接位设置在所述滑动支板上。

优选地，所述滑轨为设置在所述下固定支板上的定位杆，所述定位杆沿所述下固定支板的周向均匀布置；所述滑块为套设在所述定位杆上的滑套。

优选地，所述滑动支板包括中心圆板和多个自所述中心圆板的外边缘径向外延的子支板，所述中心圆板的中部设置有用于所述喷气端气流贯通的贯通孔；所述子支板与所述定位杆一一对应，所述滑套设置在所述子支板的末端。

优选地，所述中心圆板上设置有多个镂空孔，所述镂空孔沿所述贯通孔的周向均匀布置。

优选地，所述滑套为直线轴承。

优选地，所述定架组件还包括与所述下固定支板正对布置的上固定支板，所述定位杆的顶端与所述上固定支板固定连接。

优选地，所述上固定支板为圆环形结构。

优选地，所述下固定支板的中部设置有用于安装所述推力传感器的盲孔。

优选地，所述下固定支板上还设置有沿所述盲孔的周向均匀布置的沉孔，所述沉孔用于通过沉头螺栓与安装基础固定。

相比于背景技术介绍内容，上述冷气发动机推力测量装置，包括定架组件和设置在定架组件上的动架组件，定架组件上设置有推力传感器，推力传感器的顶部设置有用于与冷气发动机的推力室的前端连接的第一连接位；动架组件与定架组件沿垂直方向滑动配合，动架组件上设置有用于与所述推力室的喷气端连接的第二连接位，且第二连接位与第一连接位在垂直方向上正对布置。该冷气发动机推力测量装置，在实际应用过程中，首先将冷气发动机的推力室的前端与推力传感器的顶部的第一连接位固定，将推力室的喷气端与动架组件上的第二连接位固定，然后封堵推力室的喷气端并对推力室进行供气，待供气压力调整到额定工作压力，检查系统密封性，由于第一连接位与第二连接位在垂直方向上正对，此时通过将推力传感器测量基准调零，可以消除重力和内压作用所产生的偏差，之后将气体排出并解除喷气端的封堵，最后按照预设的压力，通过供气系统向推力室供应高压气体，高压气体经推力室膨胀后高速向上排出，产生向下的推力，推力传感器将测量信号输出到采集设备。该冷气发动机推力测量装置，有效的避免了重力及自身内压对测量结果的干扰，消除了推力测量误差，大大提升了测量结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的冷气发动机推力测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的上固定支板的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的下固定支板的结构示意图；

图5为图4的B-B剖视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的动架组件的结构示意图；

图7为图6的C-C剖视结构示意图。

上图1-图7中，

定架组件1、下固定支板11、盲孔11a、沉孔11b、滑轨12、上固定支板13、动架组件2、滑动支板21、中心圆板21a、子支板21b、楼空孔21c、贯通孔21d、滑块22、推力传感器3、推力室4。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种冷气发动机推力测量装置，以解决冷气发动机推力测量装置的推力测量误差较大致使测量结果不准确的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图7所示，本发明实施例提供的一种冷气发动机推力测量装置，包括定架组件1和设置在定架组件1上的动架组件2，定架组件1上设置有推力传感器3，推力传感器3的顶部设置有用于与冷气发动机的推力室4的前端连接的第一连接位；动架组件2与定架组件1沿垂直方向滑动配合，动架组件2上设置有用于与推力室4的喷气端连接的第二连接位，且第二连接位与第一连接位在垂直方向上正对布置。

该冷气发动机推力测量装置，在实际应用过程中，首先将冷气发动机的推力室的前端与推力传感器的顶部的第一连接位固定，将推力室的喷气端与动架组件上的第二连接位固定，然后封堵推力室的喷气端并对推力室进行供气，待供气压力调整到额定工作压力，检查系统密封性，由于第一连接位与第二连接位在垂直方向上正对，此时通过将推力传感器测量基准调零，可以消除重力和内压作用所产生的偏差，之后将气体排出并解除喷气端的封堵，最后按照预设的压力，通过供气系统向推力室供应高压气体，高压气体经推力室膨胀后高速向上排出，产生向下的推力，推力传感器将测量信号输出到采集设备。该冷气发动机推力测量装置，有效的避免了重力及自身内压对测量结果的干扰，消除了推力测量误差，大大提升了测量结果的准确性。

在一些具体的实施方案中，上述定架组件1的具体结构可以包括下固定支板11和设置在下固定支板11上且沿竖直方向布置的滑轨12，推力传感器3设置在下固定支板11上；动架组件2包括滑动支板21和设置在滑动支板21上且与滑轨12滑动配合的滑块22，第二连接位设置在滑动支板21上。通过滑块与滑轨实现定架组件与动架组件之间的滑动配合。当然可以理解的是，上述定架组件上设置滑轨，动架组件上设置滑块的方式仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是定架组件上设置滑块，动架组件上设置滑轨的方式，只不过是滑块固定，滑轨运动而已。

在一些更具体的实施方案中，上述滑轨12的具体结构形式可以是设置在下固定支板11上的定位杆，定位杆沿下固定支板11的周向均匀布置；滑块22具体可以是套设在定位杆上的滑套。通过周向布置的定位杆配合滑套的方式实现滑动配合，使得动架组件相对定架组件滑动更加稳定，避免发生横向运动。当然可以理解的是，上述定位杆与滑套的滑动方式，仅仅是本发明实施例对于滑动配合的结构的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他互动配合的结构形式，比如下固定支板上设置有垂直设置的滑槽，该滑槽的数量为多个，且滑槽的开口朝向下固定支板的中心，动架组件上设置有与滑槽一一对应且滑动配合的滑块。实际应用过程中，可以根据实际需求进行选择，在此不做更具体的限定。

进一步的实施方案中，为了尽可能的减轻动架组件的整体重量，上述滑动支板21的具体结构可以包括中心圆板21a和多个自中心圆板21a的外边缘径向外延的子支板21b，中心圆板21a的中部设置有用于喷气端气流贯通的贯通孔21d；子支板21b与定位杆一一对应，滑套设置在子支板21b的末端。通过将动架组件设计成上述结构形式，相比于整块板材的结构，重量更加轻便。

更进一步的实施方案中，为了进一步减轻动架组件的整体重量，在中心圆板21a上还可以设置有多个镂空孔21c，镂空孔21c沿贯通孔21d的周向均匀布置。通过镂空孔一方面可以减轻整体重量，另一方面通过镂空孔周向均匀布置的方式能够保证中心圆板在受力时，在周向上各个位置的受力更加均衡。

在一些具体的实施方案中，为了使得测量结果更加准确，避免滑动摩擦对测量结果产生影响，一般还可以将滑套设计成直线轴承的结构。通过直线轴承的布置能够有效的减小摩擦系数，降低摩擦阻力，继而提升推力测量结果的准确性。

进一步的实施方案中，为了保证定架组件整体的稳定性和定位杆的稳定性，上述定架组件1还可以包括与下固定支板11正对布置的上固定支板13，定位杆的顶端与上固定支板13固定连接。通过上下固定支板同时对定位杆进行固定，能够有效的提升定位杆的位置的稳定性，避免了定位杆出现摇晃影响测量结果的问题。

进一步的实施方案中，为了更有效的减轻推力测量装置整体的重量，上述上固定支板13一般优选为圆环形结构。当然可以理解的是，上述采用圆环形结构的形式仅仅是本发明实施例对于上固定支板的结构的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是采用本领域技术人员常用的其他结构形式，比如镂空板的结构等。

在一些具体的实施方案中，为了方便推力传感器的安装，上述下固定支板11的中部可以设置有用于安装推力传感器3的盲孔11a。通过将推力传感器嵌设在盲孔中即可。这里需要说明的是，该盲孔的尺寸一般比推力传感器的周向尺寸略大，以推力传感器刚好能够放入为宜。

进一步的实施方案中，为了方便定架组件的固定，上述下固定支板11上还设置有沿盲孔11a的周向均匀布置的沉孔11b，该沉孔11b用于通过沉头螺栓与安装基础固定。通过设置沉孔的方式与安装基础连接，可以避免下固定支板的顶部露出螺栓，保证了下固定支板表面的平整性。

为了本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合较优选地方案的安装过程进行具体说明：

定架组件1包括下固定支板11、上固定支板13、定位杆，其作用主要是用于安装和支撑其它零件，并将推力传递至安装基础。下固定支板11加工有4-8个沉头通孔，通过4-8个规格为M8×20的螺钉与基础固定，基础可以为工作平台或者简易支架，安装平面尽量保证水平。下固定支板11上加工有M8螺纹盲孔，首先将规格M8×12的无头螺钉拧入该螺纹盲孔中，手动拧紧为止。定位杆直径为16mm，长度约为300mm，两头加工有M8螺纹孔，将3根定位杆的任意一头与无头螺钉连接，手动拧紧。上固定支板13为圆环型结构，沿圆周均匀分布三个台阶通孔，台阶通孔特征为两头孔大，中间孔小，中间孔孔径为9mm，下侧大孔孔径为16mm，上侧大孔孔径为14mm。将上固定支板13放置于定位杆上部，并使3根定位杆分别插入3个直径16mm孔中，用规格为GB/T70 M8×12的内六角螺钉进行紧固，拧紧力矩15-20N.m。

动架组件包括滑动支板21、直线轴承23。滑动支板21与直线轴承23通过规格为GB/T70 M4×10的内六角螺钉连接。3根定位杆分别穿过3个滑动轴承23，滑动支板21沿着定位杆可上下自由活动。

测量的工作过程为：

测试前，将冷气发动机与推力传感器3通过4个规格为GB/T70 M8×12的内六角螺钉连接，然后与滑动支板21通过GB/T70 M8×12的内六角螺钉进行连接，并将传感器底部与下固定支板11接触。

将供气软管连接到冷气发动机推力室进口，从滑动支板21中心孔处安装气密堵盖，供气压力调整到额定工作压力，检查系统密封性，并将推力传感器测量基准调零，此时可以消除重力和内压作用偏差。然后将气体排出，拆开气密堵盖。

按照预设的压力，供气系统向推力室供应高压气体，高压气体经推力室膨胀后高速向上排出，产生向下的推力，推力传感器将测量信号输出到采集设备。

需要说明的是，上述所采用的固定方式以及所用到的紧固件的规格和数量，仅仅是本发明针对于较常用的推力室的型号所给出的优选举例，实际应用过程中，可以根据实际需求进行配置。另外需要说明的是，上述推力测量装置通过改变动架与推力室的安装接口、更换量程匹配的推力传感器，能够适应任何推力范围的冷气推进发动机，本实施例中，主要适用于5～500N的冷气推进发动机。

以上对本发明所提供的冷气发动机推力测量装置进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冷气发动机推力测量装置，其特征在于，包括定架组件(1)和设置在所述定架组件(1)上的动架组件(2)，所述定架组件(1)上设置有推力传感器(3)，所述推力传感器(3)的顶部设置有用于与冷气发动机的推力室(4)的前端连接的第一连接位；所述动架组件(2)与所述定架组件(1)沿垂直方向滑动配合，所述动架组件(2)上设置有用于与所述推力室(4)的喷气端连接的第二连接位，且所述第二连接位与所述第一连接位在垂直方向上正对布置。

2.如权利要求1所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述定架组件(1)包括下固定支板(11)和设置在所述下固定支板(11)上且沿竖直方向布置的滑轨(12)，所述推力传感器(3)设置在所述下固定支板(11)上；所述动架组件(2)包括滑动支板(21)和设置在所述滑动支板(21)上且与所述滑轨(12)滑动配合的滑块(22)，所述第二连接位设置在所述滑动支板(21)上。

3.如权利要求2所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述滑轨(12)为设置在所述下固定支板(11)上的定位杆，所述定位杆沿所述下固定支板(11)的周向均匀布置；所述滑块(22)为套设在所述定位杆上的滑套。

4.如权利要求3所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述滑动支板(21)包括中心圆板(21a)和多个自所述中心圆板(21a)的外边缘径向外延的子支板(21b)，所述中心圆板(21a)的中部设置有用于所述喷气端气流贯通的贯通孔(21d)；所述子支板(21b)与所述定位杆一一对应，所述滑套设置在所述子支板(21b)的末端。

5.如权利要求4所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述中心圆板(21a)上设置有多个镂空孔(21c)，所述镂空孔(21c)沿所述贯通孔(21d)的周向均匀布置。

6.如权利要求3所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述滑套为直线轴承。

7.如权利要求3所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述定架组件(1)还包括与所述下固定支板(11)正对布置的上固定支板(13)，所述定位杆的顶端与所述上固定支板(13)固定连接。

8.如权利要求7所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述上固定支板(13)为圆环形结构。

9.如权利要求1-8中任一项所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述下固定支板(11)的中部设置有用于安装所述推力传感器(3)的盲孔(11a)。

10.如权利要求9所述的冷气发动机推力测量装置，其特征在于，所述下固定支板(11)上还设置有沿所述盲孔(11a)的周向均匀布置的沉孔(11b)，所述沉孔(11b)用于通过沉头螺栓与安装基础固定。

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