CN112378561A - 用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天液体发动机试验装置，具体涉及用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备及方法，以解决现有姿控发动机的测量力传感器承受初始力矩大、易产生疲劳裂纹、以及热辐射和振动等外部因素对推力测量精度影响大的问题。本发明所采用的技术方案为：一种用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，包括推力测量装置、校准力加载装置、数据采集系统和数据处理系统，推力测量装置包括中心轴、弹性片、连接架、定架、测量力传感器和转接架；所述校准力加载装置设置在中心轴一侧，所述校准力加载装置包括标定架、丝杠加载机构、标准力传感器和钢丝。本发明还提供了一种姿控发动机推力测量及原位校准的方法。

Description

用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备及方法

技术领域

本发明涉及航天液体发动机试验装置，具体涉及用于姿控发动机推力测量及 原位校准的一体式设备及方法。

背景技术

稳态推力测量多采用推力墙式测量装置，测量力传感器固定在推力墙上， 发动机通过转接架与测量力传感器对接安装，测量力传感器采用膜片式弹性元 件，在弹性元件上粘贴有应变片，通过应变片的变形可测得推力。

对于0-1000N推力姿控发动机，发动机通过转接架与测量力传感器直接连 接，即发动机通过头部法兰上的螺栓孔与转接架一端连接，测量力传感器中心 为内螺纹通孔，转接架另一端通过中心孔与测量力传感器螺栓连接，发动机及 转接架产生的力矩全部作用于测量力传感器，会使测量力传感器产生初始变形， 影响整个推力测量系统的同轴度。例如，在某型号1000N发动机高空模拟试车 中，发动机较重且为大喷管状态，势必会产生较大的力矩，该力矩全部作用于 测量力传感器，使测量传感器产生较大的初始变形，造成发动机产生“低头” 现象，严重影响热试车过程中发动机轴向稳态推力测量。此外，推力墙式测量 装置无法对测量力传感器施加预紧力，在热试车脉冲点火过程中，测量力传感 器的弹性元件交替发生正向及反向变形，容易造成弹性元件产生疲劳裂纹，降 低传感器的使用寿命。

在真空环境下，发动机热试车时产生的热辐射会造成测量力传感器温度过 高，会造成传感器零位漂移，降低测量精度。同时，为保证试车所需真空度的 真空机组、引射系统等设备在运行过程中产生的振动不可避免会传递至真空舱 内，对推力测量和校准产生一定影响。

此外，发动机推力测量时，发动机上线缆和推进剂供应管路等对测量推力 产生约束力，会抵消部分推力，不能反映真实的推力测量值。因此需要进行推 力校准，以获得发动机的真实推力。

发明内容

为了实现0-1000N推力尤其是大喷管状态姿控发动机的推力高精度测量， 解决现有姿控发动机在稳态推力测量中，存在测量力传感器承受初始力矩大、 传感器的弹性元件易产生疲劳裂纹、以及热辐射和振动等外部因素对推力测量 精度影响大的问题，本发明提供一种姿控发动机的推力测量装置、方法及校准 力加载装置。

本发明所采用的技术方案为：一种用于姿控发动机推力测量及原位校准的 一体式设备，其特殊之处在于：包括推力测量装置、校准力加载装置、数据采 集系统和数据处理系统，所述推力测量装置和校准力加载装置均设置在底板上；

所述推力测量装置包括中心轴、弹性片、连接架、定架、测量力传感器和 转接架；

中心轴穿设在所述定架上，中心轴的一端安装所述弹性片，另一端依次安 装测量力传感器以及用于安装待测姿控发动机的转接架，推力测量装置作为被 校准对象，可将姿控发动机的轴向推力转化电压信号输出；

连接架一端与所述弹性片连接，另一端固定于所述定架上，且连接架同轴 套设于中心轴外部；轮辐式弹簧片安装于连接架上，并通过锁紧螺母与中心轴 连接。

所述校准力加载装置设置推力测量装置一侧，所述校准力加载装置包括标 定架、丝杠加载机构、标准力传感器和钢丝；所述标定架上安装所述丝杠加载 机构，丝杠加载机构末端安装有所述标准力传感器，所述标准力传感器和所述 中心轴保持同轴，且标准力传感器和中心轴之间通过高强度、低刚度合金钢丝 钢丝连接；

所述丝杠加载机构包括套筒、丝杠和把手，所述套筒安装在标定架上，所 述套筒内壁设置有螺纹，所述丝杠穿设在套筒内，且丝杠与套筒之间为间隙配 合，伸出套筒丝杠的两端分别螺纹连接标准力传感器和杠杆，转动杠杆可使丝 杠沿套筒轴向前后移动，进而将加载力作用于测量力传感器。

所述测量力传感器还与MP30高精度测量仪表电气连接，MP30高精度测量 仪表可实时显示标准力传感器的输出电压信号。

所述数据采集系统分别与标准力传感器和测量力传感器电连接，可用于同 步采集、存储标准力传感器和测量力传感器输出的电压信号；

所述数据处理系统用于对数据采集系统的数据进行处理，获取姿控发动机 的测量系数。

进一步地，所述弹性片为轮辐式弹簧片，轮辐式弹簧片通过锁紧螺母安装 于中心轴上；轮辐式弹簧片采用十字轮辐结构，轴向刚度小，径向刚度大；材 料采用高强度合金钢60Si2Mn。

进一步地，所述转接架一侧还设置有支撑水冷组件，支撑水冷组件包括龙 门架、支撑板和水冷管路，所述龙门架设置在底板上，所述支撑板安装在龙门 架上，所述支撑板可通过其上设置的通孔套设在待测姿控发动机喷管的圆柱段 上；水冷管路设置在支撑板远离测量力传感器一侧的板面上。

所述支撑板包括两块拼接板，两块拼接板之间的衔接处设置有所述通孔； 每块拼接板上均设置有S形走向的水冷管路，每块拼接板上水冷管路的进水口 均设置在其底部，每块拼接板上水冷管路的出水口均设置在其顶部。

进一步地，其中一块拼接板上水冷管路的出水口通过输水管路与另一块拼 接板上水冷管路的进水口连通，所述输水管路设置在支撑板靠近测量力传感器 一侧的板面上；或者每块拼接板上水冷管路的供水方式为独立控制供水。

进一步地，所述连接架包括环形板和连接杆，两个环形板之间通过多个连 接杆固连，多个连接杆均位于环形板的同一半圆面上；连接杆可设置三个，三 个连接杆分布在环形板的同一半圆面上；

所述转接架与测量力传感器对接的一端设置有凹台，凹台与测量力传感器 的凸台相配合。

进一步地，所述定架为推力墙结构，所述定架和龙门架的底部均通过减震 台设置在底板上，所述减震台包括多层减震板和相邻减震板之间设置的多个减 震垫。

本发明还提供一种姿控发动机推力测量及原位校准的方法，采用上述用于 姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，包括以下步骤：

步骤(1)推力测量装置的空载校准测试

步骤(1.1)拆卸推力测量装置的转接架；

步骤(1.2)调节丝杠加载机构，多次改变钢丝的张紧力，向测量力传感器 施加加载力，对测量力传感器进行校准测试，使测量力传感器处于正常工作状 态，测量力传感器的正常工作状态需满足以下条件：

建立标准力传感器侧力值与测量力传感器侧力值之间的一次函数，使一次 函数的线性度达到0.9999；

步骤(2)发动机推力的原位校准

步骤(2.1)调节锁紧螺母，对测量力传感器施加预紧力；

步骤(2.2)先将转接架安装在中心轴上，转接架通过弹簧垫片和螺母与中 心轴紧固；然后将待测姿控发动机安装在转接架上，使姿控发动机与测量力传 感器同轴对接，其次，安装姿控发动机的推进剂供应管路以及辅助元件；

步骤(2.3)调节丝杠加载机构，多次改变钢丝的张紧力，向测量力传感器 施加加载力；

步骤(2.4)获取每次测量力传感器的测力值a和标准力传感器的真实测力 值b；

步骤(2.5)建立测力值a与真实测力值b之间的一次函数，并得到测量系 数；

步骤(3)发动机推力的试车测量

步骤(3.1)拆卸校准力加载装置中的标准力传感器及钢丝；

步骤(3.2)姿控发动机进行热试车，得到测量力传感器的测力值a＇；

步骤(3.3)根据测量系数和测力值a＇，计算得出真实测力值b＇即姿控发 动机的推力值。

进一步地，步骤(1.2)中，在调节丝杠加载机构之前，先调节锁紧螺母， 对测量力传感器施加预紧力，空载校准测试后，卸载所述预紧力。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明采用的姿控发动机推力测量及校准力加载装置，结构紧凑，稳定 性及可靠性较高，实现了0-1000N推力姿控发动机尤其是大喷管状态姿控发动 机推力高精度测量和校准，在试验过程中能有效消除推进剂供应管路、测量线 缆等对推力测量的影响，极大地提高推力测量精度。

2、本发明采用的测量力传感器与轮辐式弹簧片通过连接架、中心轴连接在 一起，形成类似“双轮辐式动架结构”，增强了整个装置的抗弯矩能力，有效 降低了发动机及转接架重力产生的力矩对测量力传感器的影响，保证了发动机 与推力测量装置的同轴度，解决了大喷管发动机“低头”的问题。

3、本发明采用的定架为推力墙结构，结构简单紧凑，适合在真空舱等狭小 空间内使用；定架底部设置有减震板，减震板之间采用减震垫连接，有效隔离 真空机组及引射系统引起的振动，避免试车过程中对推力测量产生影响。

4、本发明通过调节轮辐式弹簧片前后的锁紧螺母，可对测量力传感器施加 预紧力；使试车过程中，测量力传感器的弹性元件产生同向变形，可有效延缓 弹性元件产生疲劳裂纹，增加传感器的使用寿命。

5、本发明采用的连接架通过非对称设计(多个连接杆均位于环形板的同一 半圆面上)，增大了操作空间，解决了调节轮辐式弹簧片两侧的锁紧螺母时难 操作的问题。

6、本发明支撑板中流动的冷却水采用低进高出的方式，使支撑板保持在一 个较低的温度，可有效降低试车过程中发动机喷管热辐射对推力测量的影响， 使测量力传感器处于合适的温度环境，解决了测量力传感器在真空热环境下测 量精度降低，零位漂移的难题。

7、本发明中的丝杠的螺纹为细牙结构，通过转动杠杆可使丝杠前后小幅移 动，对加载力进行微调，实现精准加载。

附图说明

图1为本发明姿控发动机的推力测量装置及校准力加载装置的结构示意图。

图2为本发明定架和标定架的主视图。

图3为本发明定架和标定架的俯视图。

图4为本发明连接架的全剖视图。

图5为图4中A-A剖视图。

图6为本发明弹性片的结构图。

图7为本发明弹性片的剖视图。

图8为本发明推力测量装置的局部剖视图。

图9为本发明水冷管路的结构示意图。

图10为本发明姿控发动机的推力测量装置及校准力加载装置的原位校准原 理图。

图中：

1-中心轴，2-弹性片，21-锁紧螺母，3-连接架，31-环形板，32-连接杆，4- 定架，5-测量力传感器，6-转接架，7-姿控发动机，8-减震台，81-减震板，82- 减震垫，9-水冷组件，90-龙门架，91-支撑板，92-水冷管路，93-通孔，11-标定 架，12-丝杠加载机构，13-标准力传感器，14-钢丝，15-高精度测量仪表，16- 数据采集系统，17-数据处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供一种姿控发动机的推力测量装置，包括用于姿 控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，包括包括推力测量装置、校准力 加载装置、数据采集系统16和数据处理系统17，所述推力测量装置和校准力加 载装置均设置在底板上；

所述推力测量装置包括中心轴1、弹性片2、连接架3、定架4、测量力传 感器5和转接架6；

中心轴1穿设在所述定架4上，中心轴1的一端安装所述弹性片2，另一端 依次安装测量力传感器5以及用于安装待测姿控发动机7的转接架6；所述转接 架6与测量力传感器5对接的一端设置有凹台，凹台与测量力传感器5的凸台 相配合。

连接架3一端与所述弹性片2连接，另一端固定于所述定架4上，且连接 架3同轴套设于中心轴1外部；

所述校准力加载装置设置推力测量装置一侧，所述校准力加载装置包括标 定架11、丝杠加载机构12、标准力传感器13和钢丝14；

所述标定架11上安装所述丝杠加载机构12，丝杠加载机构12末端安装有 所述标准力传感器13，所述标准力传感器13和所述中心轴1保持同轴，且标准 力传感器13和所述中心轴1之间通过钢丝14连接；

所述丝杠加载机构包括套筒、丝杠和把手，所述套筒安装在标定架11上， 所述套筒内壁设置有螺纹，所述丝杠穿设在套筒内，且丝杠与套筒之间为间隙 配合，伸出套筒丝杠的两端分别螺纹连接标准力传感器和杠杆，转动杠杆可使 丝杠沿套筒轴向前后移动，进而将加载力作用于测量力传感器。

所述数据采集系统16分别与标准力传感器13和测量力传感器5电连接， 用于同步采集、存储标准力传感器13和测量力传感器5输出的电压信号；

所述数据处理系统17用于对数据采集系统16的数据进行处理，获取姿控 发动机7的测量系数。

所述弹性片2为轮辐式弹簧片，轮辐式弹簧片通过锁紧螺母21安装于中心 轴1上。

中心轴1为细长杆结构，两端有M12外螺纹，中间段进行加粗设计，直径 为20mm，增强其整体强度，材料选用强度及韧性较好的45号钢，并调制处理， 以获得更好的材料性能。中心轴1一端穿过测量力传感器5中心M12内螺纹通 孔，另一端穿过轮辐式弹簧片中心孔，并通过轮辐式弹簧片两侧的锁紧螺母进 行锁紧。这种设计方式使测量力传感器5、轮辐式弹簧片、中心轴1连接在一起， 形成了类似“双轮辐式动架结构”，同时，中心轴在测量力传感器5处形成支 点，根据杠杆原理，可把测量力传感器5的变形量放大，便于测量力传感器5的推力测量，保证推力测量的精确性。

连接架3一端通过高精度定位孔与定架推力墙定位对接后，通过4个M8 螺栓进行紧固，连接架另一端通过4个M8螺栓与轮辐式弹簧片对接安装。

所述定架4为推力墙结构，所述定架4和龙门架90的底部均通过减震台8 设置在底板上，所述减震台8包括多层减震板81和相邻减震板81之间设置的 多个减震垫82。

如图2和图3所示，本实施例中定架4和标定架11的材料均选用不锈钢321， 标定架11则用来安装丝杠加载机构。定架4为推力墙结构，推力墙正面及背面 开有高精度定位孔，用于与测量力传感器及连接架对接安装，可承受试车或校 准过程中产生的推力或加载力。定架的底座为基础连接板上端安装两层减震板 81的结构，底板用于和真空舱基础进行对接，对接位置开有U型孔，便于调节 安装位置。

底板、减震板81及减振垫82上开有螺纹盲孔，通过螺栓进行连接；减震 板81之间用6个BE-40减震垫82和6个BE-60减震垫82连接，每个隔振块可 承载40kg，减震垫均布于底板与减震板81之间，用来隔绝真空机组及引射系统 产生的振动。

本实施例中测量力传感器5为硬芯平膜结构，外圈均布有8个

的通孔， 定架推力墙上与之对应有8个M8的内螺纹孔。测量力传感器通5过高精度定位 孔与推力墙定位对接后，用螺栓进行紧固。

如图4和图5所示，连接架3为两块环形板之间采用三根杆不对称连接的 结构，即三个连接杆32均位于环形板31的同一半圆面上；连接架材料采用不 锈钢321，为了保证精度，采用整体加工工艺。这样设计的连接架在保证整体刚 度和强度的同时，增大了操作空间，解决了调节锁紧螺母时操作困难的难题。

如图6和图7所示，轮辐式弹簧片为十字轮辐架构，材料选用高强度弹簧 钢60Si2Mn，并调制处理，使硬度达到30～35HRC。轮辐式弹簧片具有轴向刚度 系数较小同时径向刚度系数较大，具备“使中心轴只能沿推力轴向方向灵活运 动”的功能，从而降低了发动机及转接架6重力产生的力矩对测量力传感器5 的影响，大大增强了一体化设备的抗弯矩能力，保证了发动机及整个一体化设 备的同轴度。如图8所示，轮辐式弹簧片通过中心轴1与测量力传感器5连接， 形成类似“双轮辐式动架结构”，增强了推力测量装置的抗弯矩能力。通过调 节轮辐式弹簧片前后的锁紧螺母21，使轮辐式弹簧片产生弹性变形，可对测量力传感器5施加预紧力。

此外，通过调节轮辐式弹簧片前后的锁紧螺母21，使轮辐式弹簧片产生弹 性变形，可对测量力传感器5施加预紧力，使点火过程中测量力传感器5的弹 性膜片始终发生正向变形，可有效延缓测量力传感器的弹性膜片疲劳损坏，延 长测量力传感器的使用寿命。

如图9所示，所述转接架6一侧还设置有支撑水冷组件9，支撑水冷组件9 包括龙门架90、支撑板91和水冷管路92，所述龙门架90设置在底板上，所述 支撑板91安装在龙门架90上，所述支撑板91可通过其上设置的通孔93套设 在待测姿控发动机7喷管的圆柱段上；水冷管路92设置在支撑板91远离测量 力传感器5一侧的板面上。

所述支撑板91包括两块拼接板，两块拼接板之间的衔接处设置有所述通孔 93；每块拼接板上均设置有S形走向的水冷管路92，每块拼接板上水冷管路92 的进水口均设置在其底部，每块拼接板上水冷管路92的出水口均设置在其顶部； 其中一块拼接板上水冷管路92的出水口通过输水管路与另一块拼接板上水冷管 路92的进水口连通，所述输水管路设置在支撑板91靠近测量力传感器5一侧 的板面上，所述输水管路为金属软管，可任意调节输水管路的走向方位；或者 每块拼接板上水冷管路92的供水方式为独立控制供水；支撑水冷组件9可有效 降低试车过程中发动机喷管热辐射对推力测量装置的影响

支撑板91通过顶部及两侧的U型孔与龙门架对接安装，龙门架的底板上开 有U型孔，通过螺栓与定架底板对接安装，并可以灵活调节安装位置。支撑板 材质为不锈钢321，可承受1300℃高温，龙门架材质为碳钢，表面喷涂防锈底 漆及黑色面漆。支撑板安装在发动机喷管圆柱段位置，两块支撑板91拼接后， 中间设计有一个圆形的通孔，使支撑板与发动机保持一定的间隙，避免试车过 程中支撑板与发动机产生干涉。支撑板侧面设计有把手，便于操作，表面均匀 分布着S形弯管，其中可以流通冷却水，冷却水低进高出，使支撑板保持在一 个较低的恒定温度，可有效降低试车时发动机喷管热辐射对推力测量装置的影响，避免测量力传感器在真空热环境下因温度过高发生零位漂移故障。

如图1和图10所示，校准力加载装置由标定架11、丝杠加载机构12、HBM TOP-Z30A型标准力传感器13、加载钢丝14、高精度测量仪表15、推力测量系 统(即测量力传感器5，下同)、数据采集系统16、数据处理系统17等组成。

丝杠加载机构12通过高精度定位孔与标定架11定位对接后用四个螺栓进 行紧固，以保证丝杠加载机构12安装的同轴度。标准力传感器通过转接杆固定 于丝杠加载机构末端，在保证丝杠自由运动的前提下，尽量缩短转接杆的长度 以防止其发生过大弯曲变形，造成校准误差。标准力传感器量程为3kN，测量 精度0.02％。加载钢丝一端通过外螺纹与标准力传感器连接，一端通过内螺纹与 中心轴连接。加载钢丝采用低弹性、高强度、低刚度的合金钢丝，确保加载过 程中无拉力迟滞，卸载过程中无内力干扰。丝杠为细牙螺纹，具有较高的调节 精度，通过转动杠杆可实现丝杠的前后位移，实现精准加载。

数据采集系统16由采集软件、线缆和计算机组成，用于记录并显示试车过 程中测量力传感器输出的推力值。本实施例中数据采集系统16包括测量板、控 制接口板、数据采集计算机。

测量板：为传感器提供5V的激励源，并将传感器的信号进行放大和滤波， 放大后的信号进入测量板。另一块测量板用于实时测量传感器的激励源，监测 传感器的桥压变化并对桥压进行微调，保证传感器的桥压与校验时一致。

控制接口板：作为主机箱的控制器，机箱通过USB电缆与计算机连接，控 制系统并将数据传输至计算机中。

数据采集计算机用于设置P6000采集系统的硬件扫描参数，并将扫描参数 下载至控制器中，控制采集系统的运行，实时接收并存储测量力传感器及标准 力传感器输出的电压信号。

数据处理软件可以对测量力传感器以及标准力传感器的校准数据进行拟 合，最后以文本格式输出相关数据报告，报告中包含有拟合相关系数、标准偏 差、重复性、迟滞性、非线性度、精确度等内容。

高精度测量仪表15为MP30高精度测量仪表，MP30高精度测量仪表与标 准力传感器13连接，可实时显示标准力传感器13的输出电压信号。数据采集 系统16可同步记录并储存校准过程中标准力传感器13和测量力传感器5的输 出电压信号。数据处理系统17中的数据处理软件用于对存储的采集数据进行处 理，获取推力测量装置的测量系数。

如图10所示，本发明姿控发动机的推力测量装置及校准力加载装置的的工 作原理为：通过丝杠加载机构12对标准力传感器13施加载荷，并通过丝杠加 载机构12作用于测量力传感器5，同时将该标准力值及测量力值传输给数据处 理系统17中的数据采集计算机。数据采集计算机实时存贮校准过程中加载力值 及测量力传感器输出的力值，通过应用软件对数据处理，可获取测量力传感器 的校准系数。

本实施例中0-1000N姿控发动机真空热环境稳态推力测量及原位校准一体 化设备作为0-1000N量级姿控发动机试车推力测量和原位校准的主要方式。推 力测量装置可实现真空热环境下0-1000N姿控发动机尤其是大喷管状态的姿控 发动机的推力测量，其工作环境真空压强为2Pa-1000Pa，工作环境温度为10℃ -300℃，测量不确定度为2％(k＝2)。推力测量装置为被校准对象，可将发动 机的轴向推力转化电压信号输出。

本实施例还提供一种0-1000N姿控发动机推力测量及原位校准的方法，采 用上述用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，包括以下步骤：

步骤(1)推力测量装置的空载校准测试

步骤(1.1)对一体化设备进行分解，检查各个组件是否存在损伤，若存在 损伤，对该组件进行更换。对一体化设备进行重新装配(装配时，不再安装转 接架6)，确保各组件定位准确，连接牢固；

步骤(1.2)在空载状态下，通过调节轮辐式弹簧片前后的锁紧螺母，对测 量力传感器施加预紧力，然后通过丝杠加载机构12对测量力传感器施加加载力， 即调节丝杠加载机构12，多次改变钢丝14的张紧力，对测量力传感器5进行校 准测试，使测量力传感器5处于正常工作状态，校准结束后，卸载预紧力；测 量力传感器5的正常工作状态需满足以下条件：

建立标准力传感器(13)侧力值与测量力传感器(5)侧力值之间的一次 函数，得到测量系数即一次函数的斜率，使一次函数的线性度达到0.9999；

步骤(2)发动机推力的原位校准

步骤(2.1)发动机安装之前，调节辐式弹簧片前后的锁紧螺母21，对测量 力传感器5施加一定的预紧力；

步骤(2.2)先将转接架6安装在中心轴1上，然后将姿控发动机通过法兰 上的通孔与转接架对接安装，使姿控发动机7与测量力传感器5同轴对接，再 将转接架底板(即转接架靠近测量力传感器一侧的板件)中心的通孔穿过中心 轴与测量力传感器对接，转接架底板有凹台设计，以保证对接精度，最后用弹 簧垫片以及螺母进行紧固；

其次，安装姿控发动机7的推进剂供应管路以及辅助元件；按姿控发动机 试验规范进行发动机入口段推进剂供应管路、发动机控制气管路等配置及安装。 安装压力、温度、振动传感器并连接测量线缆。安装水冷组件，并供应冷却水。 管路及线缆应固定牢固，除入口管路、相关传感器和线缆与发动机连接外，其 余系统与一体式装置和发动机无干涉现象；

检查并确认发动机已处于热试车状态，推进剂管路增压至试验额定压力。

步骤(2.3)先调节锁紧螺母21，对测量力传感器5施加预紧力；再调节丝 杠加载机构12，多次改变钢丝14的张紧力，向测量力传感器5施加加载力；预 加载力值为额定推力的120％，记录推力零位，由零到120％额定载荷推力分6 个档位进行加载，每次分别做升程加载和回程卸载；

步骤(2.4)数据采集系统16实时记录传感器输出数据，获取每次测量力传 感器5的测力值a和标准力传感器13的真实测力值b；进行三次加载，检查校 准结果的重复性。

步骤(2.5)数据处理系统17对数据进行处理并输出校准结果，即建立测力 值a与真实测力值b之间的一次函数，并得到测量系数；

步骤(3)发动机推力的试车测量

步骤(3.1)发动机推力的原位校准无误后，拆卸校准力加载装置，即转动 杠杆卸载加载力，依次卸出加载钢丝14和标准力传感器13；

步骤(3.2)关闭真空舱门，姿控发动机7进行热试车，此时一体式设备处 于热试车状态，得到测量力传感器5的测力值a＇；

步骤(3.3)根据测量系数和测力值a＇，计算得出真实测力值b＇即姿控发 动机的推力值；

试后检查，试车结束后，打开真空舱门，依次安装标准力传感器和加载钢 丝，对推力测量装置进行试后原位校准。将校准结果与试前校准结果进行对比， 确保试车前后推力测量装置状态的一致性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关 的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：

包括推力测量装置、校准力加载装置、数据采集系统(16)和数据处理系统(17)，所述推力测量装置和校准力加载装置均设置在底板上；

所述推力测量装置包括中心轴(1)、弹性片(2)、连接架(3)、定架(4)、测量力传感器(5)和转接架(6)；

中心轴(1)穿设在所述定架(4)上，中心轴1的一端安装所述弹性片(2)，另一端依次安装测量力传感器(5)以及用于安装待测姿控发动机(7)的转接架(6)；

连接架(3)一端与所述弹性片(2)连接，另一端固定于所述定架(4)上，且连接架(3)同轴套设于中心轴(1)外部；

所述校准力加载装置设置推力测量装置一侧，所述校准力加载装置包括标定架(11)、丝杠加载机构(12)、标准力传感器(13)和钢丝(14)；

所述标定架(11)上安装所述丝杠加载机构(12)，丝杠加载机构(12)末端安装有所述标准力传感器(13)，所述标准力传感器(13)和所述中心轴(1)保持同轴，且标准力传感器(13)和所述中心轴(1)之间通过钢丝(14)连接；

所述数据采集系统(16)分别与标准力传感器(13)和测量力传感器(5)电连接，用于同步采集、存储标准力传感器(13)和测量力传感器(5)输出的电压信号；

所述数据处理系统(17)用于对数据采集系统(16)的数据进行处理，获取姿控发动机(7)的测量系数。

2.根据权利要求1所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：所述弹性片(2)为轮辐式弹簧片，轮辐式弹簧片通过锁紧螺母(21)安装于中心轴(1)上。

3.根据权利要求1或2所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：所述转接架(6)一侧还设置有支撑水冷组件(9)，支撑水冷组件(9)包括龙门架(90)、支撑板(91)和水冷管路(92)，所述龙门架(90)设置在底板上，所述支撑板(91)安装在龙门架(90)上，所述支撑板(91)可通过其上设置的通孔(93)套设在待测姿控发动机(7)喷管的圆柱段上；水冷管路(92)设置在支撑板(91)远离测量力传感器(5)一侧的板面上。

4.根据权利要求3所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：所述支撑板(91)包括两块拼接板，两块拼接板之间的衔接处设置有所述通孔(93)；每块拼接板上均设置有S形走向的水冷管路(92)，每块拼接板上水冷管路(92)的进水口均设置在其底部，每块拼接板上水冷管路(92)的出水口均设置在其顶部。

5.根据权利要求4所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：其中一块拼接板上水冷管路(92)的出水口通过输水管路与另一块拼接板上水冷管路(92)的进水口连通，所述输水管路设置在支撑板(91)靠近测量力传感器(5)一侧的板面上；或者每块拼接板上水冷管路(92)的供水方式为独立控制供水。

6.根据权利要求5所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：所述连接架(3)包括环形板(31)和连接杆(32)，两个环形板(31)之间通过多个连接杆(32)固连，多个连接杆(32)均位于环形板(31)的同一半圆面上；所述转接架(6)与测量力传感器(5)对接的一端设置有凹台，凹台与测量力传感器(5)的凸台相配合。

7.根据权利要求6所述的用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，其特征在于：所述定架(4)为推力墙结构，所述定架(4)和龙门架90的底部均通过减震台(8)设置在底板上，所述减震台(8)包括多层减震板(81)和相邻减震板(81)之间设置的多个减震垫(82)。

8.一种姿控发动机推力测量及原位校准的方法，其特征在于，采用如权利要求2-6任一所述用于姿控发动机推力测量及原位校准的一体式设备，包括以下步骤：

步骤(1)推力测量装置的空载校准测试

步骤(1.1)拆卸推力测量装置的转接架(6)；

步骤(1.2)调节丝杠加载机构(12)，多次改变钢丝(14)的张紧力，向测量力传感器(5)施加加载力，对测量力传感器(5)进行校准测试，使测量力传感器(5)处于正常工作状态，测量力传感器(5)的正常工作状态需满足以下条件：

建立标准力传感器(13)侧力值与测量力传感器(5)侧力值之间的一次函数，使一次函数的线性度达到0.9999；

步骤(2)发动机推力的原位校准

步骤(2.1)调节锁紧螺母(21)，对测量力传感器(5)施加预紧力；

步骤(2.2)先将转接架(6)安装在中心轴(1)上；

然后将待测姿控发动机(7)安装在转接架(6)上，使姿控发动机(7)与测量力传感器(5)同轴对接；

其次，安装姿控发动机(7)的推进剂供应管路以及辅助元件；

步骤(2.3)调节丝杠加载机构(12)，多次改变钢丝(14)的张紧力，向测量力传感器(5)施加加载力；

步骤(2.4)获取每次测量力传感器(5)的测力值a和标准力传感器(13)的真实测力值b；

步骤(2.5)建立测力值a与真实测力值b之间的一次函数，并得到测量系数；

步骤(3)发动机推力的试车测量

步骤(3.1)拆卸校准力加载装置中的标准力传感器及钢丝；

步骤(3.2)姿控发动机(7)进行热试车，得到测量力传感器(5)的测力值a＇；

步骤(3.3)根据测量系数和测力值a＇，计算得出真实测力值b＇即姿控发动机的推力值。

9.根据权利要求8所述的姿控发动机推力测量方法，其特征在于，步骤1.2)中，在调节丝杠加载机构(12)之前，先调节锁紧螺母(21)，对测量力传感器(5)施加预紧力，空载校准测试后，卸载所述预紧力。

10.根据权利要求9所述的姿控发动机推力测量方法，其特征在于，步骤2.2)中，转接架(6)通过弹簧垫片和螺母与中心轴(1)紧固。

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