CN112284593A - 扭摆型微喷管推力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭摆型微喷管推力测量装置，涉及微喷管推力测量技术领域。包括设置有固定柱的支架，通过直径相同的上扭丝和下扭丝与支架的上部和下部相连接而沿水平横向悬置的扭摆横梁，设置在扭摆横梁的第一端的微喷管固定座，微喷管固定座设置有推进剂输送通道和用于固定微喷管的、一端开口且开口与扭摆横梁相垂直的卡槽，一端用于与推进器相连通另一端与推进剂输送通道相连通的、先沿固定柱的侧壁在竖直方向延伸随后沿扭摆横梁上壁在水平方向延伸的推进剂输送软管，电磁标定装置，扭转角度测量装置和设置在扭摆横梁的两端的平衡调节装置。本发明结构简单、便于调整和观测，测量精度高。

Description

扭摆型微喷管推力测量装置

技术领域

本发明涉及微喷管推力测量技术领域，更具体地说，涉及一种扭摆型微喷管推力测量装置。

背景技术

随着航天科技的迅速发展，微/纳卫星的普及度大幅上升，并且广泛应用于军事、通讯和导航等领域。微/纳卫星使用的微推进技术产生的推力一般在量级或量级，分辨率要求在量级，推力测量技术以及其相应的测量装置起到的作用至关重要。

因此如何制作一种扭摆型微喷管推力测量装置，其结构简单、便于调整和观测且精度高，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种扭摆型微喷管推力测量装置，其结构简单、便于调整和观测且精度高。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种扭摆型微喷管推力测量装置，包括：

支架，所述支架上设置有固定柱；

扭摆横梁，所述扭摆横梁通过直径相同的上扭丝和下扭丝与所述支架的上部和下部相连接而沿水平横向悬置；

微喷管固定装置，包括微喷管固定座，所述微喷管固定座设置在所述扭摆横梁的第一端，所述微喷管固定座设置有推进剂输送通道和用于固定微喷管的、一端开口且开口沿水平方向并与所述扭摆横梁相垂直的卡槽；

推进剂输送软管，所述推进剂输送软管一端用于与推进器相连通另一端与所述推进剂输送通道相连通，所述推进剂输送软管先沿所述固定柱的侧壁在竖直方向延伸随后沿所述扭摆横梁的上壁在水平方向延伸；

电磁标定装置，所述电磁标定装置包括设置在所述扭摆横梁第二端的永磁体固定盒，所述永磁体固定盒设置有两个沿竖直方向间隔设置的、异性磁极相对的永磁体，两个所述永磁体之间悬置有沿水平方向设置的通电线圈，所述通电线圈的一部分位于所述两个永磁体的竖直投影之内、另一部分位于两个所述永磁体的竖直投影之外；

扭转角度测量装置，所述扭转角度测量装置包括沿水平横向间隔设置的、竖直高度与所述扭摆横梁相匹配的两个激光位移传感器；

在竖直方向调节平衡的平衡调节装置，所述平衡调节装置设置在所述扭摆横梁的两端。

可选地，所述平衡调节装置包括固定设置在所述扭摆横梁两端的螺纹杆和螺接在所述螺纹杆上的螺母。

可选地，所述上扭丝和所述下扭丝设置为钨丝。

可选地，所述微喷管推力测量装置的量程为20μN-200μN、200μN-1000μN、1000μN-10000μN时，所述上扭丝和所述下扭丝对应的长度设置为为340mm，直径设置为0.4mm、0.6mm、1.1mm。

可选地，所述上扭丝和所述下扭丝通过固定在所述扭摆横梁的上部、下部和所述支架的上部和下部的万能钻夹头与所述扭摆横梁和所述支架相连接。

可选地，所述通电线圈设置为PCB板线圈。

可选地，所述永磁体固定盒由硬铝材料制成。

可选地，所述推进剂输送通道由通过截头圆锥连接的两段圆柱形通道构成。

可选地，所述扭摆横梁由铝合金材质制成。

可选地，所述永磁体固定盒通过螺栓与所述扭摆横梁固定连接。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明通过两个激光位移传感器进行扭摆横梁转动角度的测量，结构简单、便于调整和观测。通过电磁标定装置进行标定，标定精度高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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是一些实施例中示出的扭摆型微喷管推力测量装置的透视图；

图2是图1另一个方向的透视图；

图3是扭摆横梁和平衡装置的结构示意图；

图4是电磁标定装置的结构示意图；

图5是微喷管固定座的结构示意图；

图6是微喷管的结构示意图。

图中：1、支架；3、扭摆横梁；5、微喷管固定座；6、推进剂输送软管；7、激光位移传感器；9、万能钻夹头；10、微喷管；11、固定柱；21、上扭丝；22、下扭丝；41、永磁体固定盒；42、永磁体；43、通电线圈；51、推进剂输送通道；52、卡槽；53、螺纹孔；81、螺纹杆；82、螺母。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”“后”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。具体的，“前”、“后”指的是垂直于纸面的方向。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置或方法的例子。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

参照图1-图6，本发明提供了一种扭摆型微喷管推力测量装置，包括支架1，支架1成龙门架形，支架1的顶部横梁上设有固定柱11，固定柱11竖直设置。扭摆横梁3通过上扭丝21和下扭丝22沿水平横向悬置(与支架1顶部横梁的方向垂直)，上扭丝21一端与支架1的顶部横梁相连接、另一端与扭摆横梁3的上部相连接，下扭丝22一端与支架1的下部相连接、另一端与扭摆横梁3的下部相连接。扭摆横梁3的第一端设置有微喷管固定座5，微喷管固定座5可通过螺栓固定在扭摆横梁3的下方，微喷管固定座5设置有卡槽52和推进剂输送通道51，卡槽52一端开口，开口沿水平方向并与扭摆横梁3相垂直。卡槽52用于卡接微喷管10，推进剂输送通道51的出口用于与微喷管10的入口相连通。推进剂输送软管6沿固定柱11的侧壁在竖直方向延伸随后沿扭摆横梁3的上壁在水平方向延伸，并通过固定柱11的侧壁上的固定夹夹持固定。推进剂输送软管6的入口用于与推进器相连通，出口穿过扭摆横梁3上的通孔与推进剂输送通道51的入口相连通。电磁标定装置设置在扭摆横梁3的第二端，扭摆横梁3的第二端下方通过螺栓固定设置有永磁体固定盒41，永磁体固定盒41一端设置有开口，并设置有上下两个间距设置的固定槽，每个固定槽内卡接有一个永磁体42，两个永磁体42异性磁极相对设置，两个永磁体42之间设置有水平放置的通电线圈43，通电线圈43通过立柱支撑悬置在两个永磁体42之间，通电线圈43为矩形线圈，两条边与扭摆横梁3相平行，两条边与扭摆横梁3相垂直，一条与扭摆横梁3平行的边和两条与扭摆横梁3相垂直的边的一部分位于两个永磁体42的竖直投影之内，另一条与扭摆横梁3平行的边和两条与扭摆横梁3相垂直的边的另一部分位于其竖直投影之外。还包括扭转角度测量装置，其为沿水平横向间隔设置的两个激光位移传感器7，两个激光位移传感器7的连线与扭摆横梁3的初始位置相平行，高度相匹配。还包括平衡调节装置，平衡调节装置设置在扭摆横梁3的两端，用于将扭摆横梁3在竖直方向上调节平衡。

本发明的工作原理，推进器通过推进剂输送软管6、推进剂输送通道51、进入微喷管10并从微喷管10的出口喷出，微喷管10的出口方向为水平方向并与扭摆横梁3相垂直，扭摆横梁3受推力作用发生扭转，上扭丝21和下扭丝22因扭转变形下提供回复力，并在扭摆横梁3转动至一定角度A时达到平衡。上扭丝21和下扭丝22提供的扭转力即为微喷管10的推力。测量之前需要电磁标定装置进行标定，将通电线圈43通入一定的电流，此时通电线圈43受到安培力的作用，可通过高精度的电子秤预先测量出不同电流大小下通电线圈43受到的安培力的大小。然后在本发明中对通电线圈43通入不同大小的电流并测出扭摆横梁3的对应的扭转角度A。得出扭转角度A与安培力大小的关系为F＝k*A，安培力与上扭丝21和下扭丝22提供的扭转是相平衡的，安培力即为扭转力，即得到扭转力与扭转角度的关系。扭转角度A由扭转角度测量装置测量，两个激光位移传感器7的间距为L,两个激光位移传感器7测得扭摆横梁3上对应点水平纵向的距离分别为b1和b2,扭转角度A＝arctan(|b2-b1|/L)。实际测量时只需测出扭摆横梁3的实际转动角度A即可计算出扭转力也就是微喷管10的推力。

本发明有以下有益效果：一、现有技术中利用光杠杆来测量扭转角度。容易受到系统外部的影响，且光路的搭建较为复杂，真空舱内空间有限，不方便观测。本发明通过两个激光位移传感器7测量扭摆横梁3的扭转角度。结构简单，便于调整和观测。二、装置测量的最小推力为μN量级的推力，现有技术中采用砝码进行标定会产生相对较大的误差。本发明采用电磁标定装置，通电线圈43的电流大小控制mA级别，便于对安培力大小的调节，进行精确标定，标定精度较高。

其中，平衡调节装置包括固定设置在扭摆横梁3两端的螺纹杆81和螺接在螺纹杆81上的螺母82。可通过调节螺母82在螺纹杆81上移动使扭摆横梁保持水平。

上扭丝21和下扭丝22由钨丝制成。

上扭丝21和下扭丝22的长度设置为340mm,直径设置为0.4mm、0.6mm、1.1mm,分别对应的量程为20μN-200μN、200μN-1000μN、1000μN-10000μN。

上扭丝21和下扭丝22通过固定在扭摆横梁3的上部、下部和支架1的上部、下部的万能钻夹头9与扭摆横梁3和支架1相连接。如此方便更换上扭丝21和下扭丝22以适用不同量程的推力的测量。

通电线圈43设置为PCB板线圈。通过采用在PCB板上敷铜的方式代替传统的绕式线圈。

永磁体固定盒41由硬铝材料制成。硬铝为不导磁材料。

推进剂输送通道51由通过截头圆锥连接的两段圆柱形通道构成。可将推进剂输送通道51的入口处设置内螺纹，推进剂输送软管6的出口处设置相匹配的外螺纹，进行螺纹连接。

扭摆横梁3由铝合金材质制成。铝合金硬度高，质量轻。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

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 (10)

1.一种扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，包括：

支架(1)，所述支架(1)上设置有固定柱(11)；

扭摆横梁(3)，所述扭摆横梁(3)通过直径相同的上扭丝(21)和下扭丝(22)与所述支架(1)的上部和下部相连接而沿水平横向悬置；

微喷管固定装置，包括微喷管固定座(5)，所述微喷管固定座(5)设置在所述扭摆横梁(3)的第一端，所述微喷管固定座(5)设置有推进剂输送通道(51)和用于固定微喷管(10)的、一端开口且开口沿水平方向并与所述扭摆横梁(3)相垂直的卡槽(52)；

推进剂输送软管(6)，所述推进剂输送软管(6)一端用于与推进器相连通另一端与所述推进剂输送通道(51)相连通，所述推进剂输送软管(6)先沿所述固定柱(11)的侧壁在竖直方向延伸随后沿所述扭摆横梁(3)的上壁在水平方向延伸；

电磁标定装置，所述电磁标定装置包括设置在所述扭摆横梁(3)第二端的永磁体固定盒(41)，所述永磁体固定盒(41)设置有两个沿竖直方向间隔设置的、异性磁极相对的永磁体(42)，两个所述永磁体(42)之间悬置有沿水平方向设置的通电线圈(43)，所述通电线圈(43)的一部分位于两个所述永磁体(42)的竖直投影之内、另一部分位于两个所述永磁体(42)的竖直投影之外；

扭转角度测量装置，所述扭转角度测量装置包括沿水平横向间隔设置的、竖直高度与所述扭摆横梁(3)相匹配的两个激光位移传感器(7)；

在竖直方向调节平衡的平衡调节装置，所述平衡调节装置设置在所述扭摆横梁(3)的两端。

2.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述平衡调节装置包括固定设置在所述扭摆横梁(3)两端的螺纹杆(81)和螺接在所述螺纹杆(81)上的螺母(82)。

3.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述上扭丝(21)和所述下扭丝(22)设置为钨丝。

4.如权利要求3所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述微喷管推力测量装置的量程为20μN-200μN、200μN-1000μN、1000μN-10000μN时，所述上扭丝(21)和所述下扭丝(22)对应的长度设置为为340mm，直径设置为0.4mm、0.6mm、1.1mm。

5.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述上扭丝(21)和所述下扭丝(22)通过固定在所述扭摆横梁(3)的上部、下部和所述支架(1)的上部和下部的万能钻夹头(9)与所述扭摆横梁(3)和所述支架(1)相连接。

6.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述通电线圈(43)设置为PCB板线圈。

7.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述永磁体固定盒(41)由硬铝材料制成。

8.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述推进剂输送通道(51)由通过截头圆锥连接的两段圆柱形通道构成。

9.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述扭摆横梁(3)由铝合金材质制成。

10.如权利要求1所述的扭摆型微喷管推力测量装置，其特征在于，所述永磁体固定盒(41)通过螺栓与所述扭摆横梁(3)固定连接。

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