CN112611568A - 一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置。包括底板、力传感器下托板、六分力传感器、力传感器上顶板、校准力源、姿/轨控钟状托盘、固体姿/轨控发动机、T型螺杆、螺纹调平装置、轨控共用校准力源安装平台、姿/轨控共用校准力源安装平台、氮气瓶、单向阀、精密压力表和测控采集装置。本发明可对姿控推力矢量和轨控推力矢量进行分别校准，也可同时校准。校准力源采用气动加载的方式，易于控制，且具有较高的动态精度。约束之间互扰小，测量精确度提高；在约束的作用下，台架具有较高的固有频率，保证了发动机在工作过程中的动态响应特性；操作性好，台架易对中、安装和拆卸。

Description

一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置

技术领域

本发明涉及一种发动机测试技术领域，具体涉及一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置。

背景技术

固体姿/轨控发动机具有变轨和末端调姿功能，其性能优劣直接影响导弹能否实现精确瞄准和直接碰撞。随着固体火箭发动机技术的发展，某些发动机采用了推力矢量控制装置，推力矢量的准确测量，对于发动机的研制及其性能评估具有重要意义。发动机每个喷管输出均为力矢，为发动机提供精确推进，由于测试平台的响应频率低，难以测出真实力值，而且在多喷管的作用下，推力矢量相互干扰的因素难以筛选剔除，干扰较大，测试精度低。由此针对上述技术瓶颈，通过开展固体姿/轨控发动机推力矢量测试技术研究，构建推力矢量测试系统，并开展原位校准，解决固体姿/轨控发动机推力矢量精确测试技术难题。

目前，国内外较为常用的是六分力模型和六分力试车台，六分力推力矢量试车台由定架、动架及6个测力组件、原位校准装置、保险架和承力墩组成。发动机安装在动架上，动架通过测力组件与定架连接；定架固定在承力墩上，是整个试车台的基准平台，承受定架通过6个测力组件传来的主推力和5个侧向力；6个测力组件分别为动架提供6个约束：Z轴1个，Y轴方向2个、X轴方向3个，用以限制发动机的6个自由度并测量发动机施加的分力；保险架用于在动架受到非正常外力时，保护传感器；原位校准装置用于在发动机热试车前对6个传感器进行校准以保证测量精度。根据6个传感器测得的6个分力，可得到发动机推力矢量在直角坐标系中的6个分量（3个方向的力分量和3个方向的力矩分量），利用刚体平衡原理，通过力的合成，可得到发动机的推力矢量。

利用六分力模型和六分力试车台对推力矢量进行测量存在以下问题：

（1）模型方程求解问题

六分力模型提供3个力方程、3个力矩方程和1个发动机减重公式，可以求解7个未知量。但是，推力矢量测量需要求解9个参数：3个推力矢量分量、3个力矩分量、发动机重量及2个重心位置坐标，方程无法求解。

因此，本发明假设发动机重心位置始终在发动机中心轴线上变化，简化方程，可以得到数值解。但时，对于大型固体火箭发动机而言，这种假设是不合理的，会带来较大的测量误差。由于该方案测量的姿/轨控发动机较小，因此该假设带来的误差较小。

（2）同轴问题

为保证主推力测量的准确性，在发动机的安装过程中，要保证发动机轴线与试车台推力传感器严格同轴，由此也增加了发动机的安装难度。

（3）台架振动问题

传统的六分力试车台固有频率较小，发动机点火瞬间的巨大冲击会引起台架系统的机械振动，会导致侧向力曲线振荡幅度过大。

（4）喷管之间相互干扰问题

在多喷管作用下，喷管之间推力矢量互相干扰比较大，且筛选剔除困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明涉及一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置，以实现姿/轨控发动机推力矢量的精确测量，为精确制导提供技术支撑。

为解决技术问题所采用的技术方案

一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置，包括底板1、力传感器下托板2、六分力传感器3、力传感器上顶板4、校准力源5、姿/轨控钟状托盘6、固体姿/轨控发动机7、T型螺杆8、螺纹调平装置9、调节螺母10、轨控共用校准力源安装平台11、姿/轨控共用校准力源安装平台12、氮气瓶13、单向阀14、精密压力表15和测控采集装置16，

所述六分力传感器3分别与力传感器上顶板4和力传感器下托板2通过定位孔定位、固定，力传感器下托板2固定在底板1上；

所述T型螺杆8正孔位穿过在轨控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12，穿过固定底板1放置于操作平台上，用螺母与垫圈拧紧；

所述通过姿/轨轨控钟状托盘6下方的圆形凹槽将力传感器上顶板4相嵌，通过力传感器上顶板4的定位孔与钟状托盘定位，并通过螺栓紧固；所述姿/轨控发动机模型7座在钟状托盘中央，通过钟状托盘上方的法兰盘连接，保证发动机与钟状托盘的同轴度；

所述校准力源5安装在在轨控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12，输出端依次连接氮气瓶13、单向阀14和精密压力表15；

所述校准力源5中的标准传感器、六分力传感器3与测控采集装置16连接，并接通电源。

进一步地，所述通过螺纹调平装置9调节并测量姿/轨轨控钟状托盘6上端面的水平度，确保装置水平。

进一步地，所述的8根T型螺杆8穿过固定底板1放置于操作平台上，用螺母与垫圈拧紧，以保证螺栓及整个装置的平稳。

进一步地，所述待校准力源5与发动机喷管保持水平对正后，拧紧调节螺母10保证控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12的稳定性。

有益效果

本发明可对姿控推力矢量和轨控推力矢量进行分别校准，也可同时校准。本发明的校准力源采用气动加载的方式，易于控制，且具有较高的动态精度。约束之间互扰小，测量精确度提高；在约束的作用下，台架具有较高的固有频率，保证了发动机在工作过程中的动态响应特性；操作性好，台架易对中、安装和拆卸。

附图说明

图1. 固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置；

其中：（1）底板、（2）力传感器下托板、（3）六分力传感器、（4）力传感器上顶板、（5）校准力源、（6）姿/轨控钟状托盘、（7）固体姿/轨控发动机、（8）T型螺杆、（9）螺纹调平装置、（10）调节螺母、（11）轨控共用校准力源安装平台、（12）姿/轨控共用校准力源安装平台、（13）氮气瓶、（14）单向阀、（15）精密压力表、（16）测控采集装置。

具体实施方式

结合附图1及具体实施例对本发明进一步详细说明：

1）用8根T型螺杆8穿过固定底板1放置于操作平台上，用螺母与垫圈拧紧，以保证螺栓及整个装置的平稳；

2）将力传感器下托板2与底板1相连，通过底板中心的凹槽与力传感器下托板的凸台相嵌；

3）安装六分力传感器3，六分力传感器3分别与力传感器上顶板4与力传感器下托板2通过定位孔定位，通过螺柱连接固定；

4）通过姿/轨轨控钟状托盘6下方的圆形凹槽将力传感器上顶板4相嵌，通过力传感器上顶板4的定位孔与钟状托盘定位，并通过螺栓紧固；

5）通过螺纹调平装置9调节并测量姿/轨轨控钟状托盘6上端面的水平度，确保装置水平；

6）将姿/轨控发动机模型座在钟状托盘中央，通过钟状托盘上方的法兰盘连接，保证发动机与钟状托盘的同轴度；

7）将轨控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12与T型螺杆8对正孔位装入；在其上、下通过调节螺母10进行预紧固；

8）在轨控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12上安装校准力源5，利用调节螺母10调节高度，待校准力源5与发动机喷管保持水平对正后，拧紧调节螺母10保证控共用校准力源安装平台11或姿/轨控共用校准力源安装平台12的稳定性；

9）依次连接氮气瓶13、单向阀14、精密压力表15及校准力源5；

10）分别将校准力源5中的标准传感器、六分力传感器3与测控采集装置16连接，并接通电源。

原位校准及测试：

以姿控推力静态校准范围为0N~50N，姿控静态推力校准范围为0N~1000N为例，针对姿控推力和轨控推力分别选取校准点为0N、10N、20N、30N、40N、50N共计6点和0N、200N、400N、600N、800N、1000N共计6点依次进行校准测量，达到最大校准点后顺序卸载，直至0点，重复该过程，完成3个循环的校准；动态校准选取校准点为最大推力值50N和500N依次进行校准测量，达到校准点时，待测试曲线稳定后，手动启动校准力源5中的电磁阀，产生动态激励，进行动态推力试验与测量。具体为：

1）系统安装调试完毕后，启动测控采集装置16监测校准力源中的标准传感器和六分力传感器3的参数曲线，并对各通道进行调平设置；

2）静态校准时，采用静态校准力源，打开单向阀14，由氮气瓶13向校准力源供气，通过精密压力表15将进气压力调节调节至校准点逐级加载和卸载，测控采集装置16监测标准传感器和六分力传感器3的测试参数，完成静态校准；

3）动态校准时，采用动态校准力源，打开单向阀14，由氮气瓶13向校准力源供气，，通过精密压力表15将进气压力调节调节至校准点，此时，打开动态校准力源5中的电磁阀，校准力源产生阶跃冲击力，标准传感器和六分力传感器3分别测得各自的动态响应。

针对传统的4个三分力压电传感器四角排布分布式测试平台，存在压电传感器工作时间长有电荷泄露导致数值不稳定又无法修正的问题，在测试平台动态响应能满足技术指标的前提下采用单个六分力传感器取代压力传感器测试平台，并通过对应测试点得出校准方程获得喷管输出力值。

为了验证该发明的有效性，将模拟姿/轨控发动机放置于推力测试平台上进行原位校准试验验证，试验数据见表1。

表1 主推力校准测试结果数据列表

非线性度0.45%，迟滞0.67%，重复性0.47%，充分表明该装置测试精度较高，满足试验技术要求，保证了装置的合理性和可行性。

Claims (5)

1.一种固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置，其特征在于：包括底板（1）、力传感器下托板（2）、六分力传感器（3）、力传感器上顶板（4）、校准力源（5）、姿/轨控钟状托盘（6）、固体姿/轨控发动机（7）、T型螺杆（8）、螺纹调平装置（9）、调节螺母（10）、轨控共用校准力源安装平台（11）、姿/轨控共用校准力源安装平台（12）、氮气瓶（13）、单向阀（14）、精密压力表（15）和测控采集装置（16），

所述六分力传感器（3）分别与力传感器上顶板（4）和力传感器下托板（2）通过定位孔定位、固定，力传感器下托板（2）固定在底板（1）上；

所述T型螺杆（8）正孔位穿过在轨控共用校准力源安装平台（11）或姿/轨控共用校准力源安装平台（12），穿过固定底板（1）放置于操作平台上，用螺母与垫圈拧紧；

所述通过姿/轨轨控钟状托盘（6）下方的圆形凹槽将力传感器上顶板（4）相嵌，通过力传感器上顶板（4）的定位孔与钟状托盘定位，并通过螺栓紧固；所述姿/轨控发动机模型（7）座在钟状托盘中央，通过钟状托盘上方的法兰盘连接，保证发动机与钟状托盘的同轴度；

所述校准力源（5）安装在在轨控共用校准力源安装平台（11）或姿/轨控共用校准力源安装平台（12），输出端依次连接氮气瓶（13）、单向阀（14）和精密压力表（15）；

所述校准力源（5）中的标准传感器、六分力传感器（3）与测控采集装置（16）连接，并接通电源。

2.根据权利要求1所述的固体姿/轨控发动机推力矢量测试装置，其特征在于：所述通过螺纹调平装置（9）调节并测量姿/轨轨控钟状托盘（6）上端面的水平度，确保装置水平。

3.根据权利要求1所述的固定姿/轨控发动机推力矢量测试装置，其特征在于：所述的8根T型螺杆（8）穿过固定底板（1）放置于操作平台上，用螺母与垫圈拧紧，以保证螺栓及整个装置的平稳。

4.根据权利要求1所述的固定姿/轨控发动机推力矢量测试装置，其特征在于：所述待校准力源（5）与发动机喷管保持水平对正后，拧紧调节螺母（10）保证控共用校准力源安装平台（11）或姿/轨控共用校准力源安装平台（12）的稳定性。

5.根据权利要求1所述的固定姿/轨控发动机推力矢量测试装置，其特征在于：所述的校准力源（5）采用气动加载的方式，易于控制，且具有较高的动态精度。

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