CN112649204B - 一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法，包括托架、压板、连接杆、支撑座、力传感器、底盘和转接台；托架和压板合抱小型多喷管直接力发动机；托架的底部加工有螺纹通孔，小型多喷管直接力发动机正上方或正下方喷管与托架底部的螺纹通孔中心对齐，支撑座的顶部加工有纵向通孔，连接杆一端与托架底部的螺纹通孔螺纹连接，另一端由纵向通孔伸入支撑座的内部空腔中，落在转接台的上端面上；支撑座与底盘围成中空腔体结构，底盘上固定有力传感器，力传感器的顶部安装转接台，通过与连接杆对接，将小型多喷管直接力发动机的喷管推力传递至力传感器上，解决了小侧向力的精确测量问题。

Description

一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法

技术领域

本发明属于发动机推力测试技术领域，特别涉及一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法。

背景技术

直接力发动机作为导弹方向控制的关键执行部件，是提升导弹先进机动性能的动力装置，为导弹飞行末端机动提供横向推力，使导弹具备近程拦截高速战术弹的能力。

多喷管直接力发动机一般安装在小型导弹弹体质心位置，沿弹体圆周方向有多个喷管分布。发动机工作时，通过多个喷管的不同打开方式组合来实现全向的推力矢量控制，产生横向推力与气动力结合起来共同改变弹体的轨道。

现如今常用的固体发动机推力测试装置根据发动机喷管的安装方式可分为小推力水平横卧式和大吨位推力垂直悬挂式两种。小型多喷管直接力发动机推力较小，各喷管沿发动机航向圆周分布，常用的两种测力方式都存在弊端：小推力水平横卧式测量方式需克服发动机工作时的惯性力和摩擦力，推力损失较大，为获得准确推力，需设计较为复杂传动结构；大吨位推力垂直悬挂式测量方式精度较差，不利于发动机小推力的精确测量。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法，解决了小侧向力的精确测量问题。该测试装置及方法主要通过设计直接力发动机托架，利用可靠的推力传输结构实现小推力的精确测量，整个装置标定简单，试验准备时间短。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置，所述小型多喷管直接力发动机的周向对称分布有喷管，该推力测试装置包括托架、压板、连接杆、支撑座、力传感器、底盘和转接台；其中，

所述托架和压板均加工有凹槽，托架位于压板下方，与压板横向合抱小型多喷管直接力发动机，并通过在对接部位拧紧紧固件收紧合抱；所述压板上开设对应喷管的通孔，推力测试时喷管火焰通过通孔喷出；

所述托架的底部加工有螺纹通孔，小型多喷管直接力发动机的正上方或正下方喷管与托架底部的螺纹通孔中心对齐；所述支撑座的顶部加工有纵向通孔，所述连接杆一端与托架底部的螺纹通孔螺纹连接，另一端由纵向通孔伸入支撑座的内部空腔中，落在转接台的上端面上；

所述支撑座与底盘围成中空腔体结构，力传感器位于中空腔体结构内部，固定在底盘上，力传感器的顶部安装转接台，通过与连接杆对接，将小型多喷管直接力发动机的喷管推力传递至力传感器上。

第二方面，一种小型多喷管直接力发动机的推力测试方法，包括：将小型多喷管直接力发动机放置在托架上，优选位置确定后放置定位销进行周向定位，将压板与托架固联，托架底部的螺纹通孔与连接杆的外螺纹端连接；

在力传感器的上端安装转接台，将力传感器上另一端与底盘固联，支撑座与底盘固联；

在支撑座的顶部安装导向轴承，将连接杆穿过导向轴承后落在转接台的圆弧面上；

实施小型多喷管直接力发动机待测喷管推力的测试，测量单个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机上正上方的喷管；测量多个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机上中轴线上方的喷管，且喷管推力的合力竖直向上。

根据本发明提供的一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置，发动机横向放置，周向喷管推力垂直作用在传感器上，不受整体的惯性力和摩擦力影响，小推力数据测量准确。

(2)本发明提供的一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置，结构简单，安装调试方便，小型多喷管直接力发动机安装拆卸方便，且便于传感器的标定，能够有效缩短整个推力试验的准备时间。

(3)本发明提供的一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置及方法，可以按需求测量单个或多个喷管推力，复数喷管推力同时测量时，可以根据推力数据能够读取各喷管打开工作的时间间隔，该推力测试装置的设计便于总体对弹体方位的精确控制。

附图说明

图1为本发明一种优选实施方式中推力测试装置的结构示意图。

附图标号说明

1-小型多喷管直接力发动机，2-托架，3-压板，4-连接螺钉，5-定位销，6-连接杆，7-导向轴承，8-负重块，9-支撑座，10-力传感器，11-底盘，12-转接台，13-砝码，14-喷管。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，如图1所示，提供了一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置，所述小型多喷管直接力发动机1的周向对称分布有喷管14，该推力测试装置包括托架2、压板3、连接杆6、支撑座9、力传感器10、底盘11和转接台12；其中，

所述托架2和压板3均加工有凹槽，托架2位于压板3下方，与压板3横向合抱小型多喷管直接力发动机1，并通过在对接部位拧紧连接螺钉4等紧固件，收紧合抱；所述压板3上开设对应喷管14的通孔，推力测试时喷管火焰通过通孔喷出；

所述托架2的底部加工有螺纹通孔，小型多喷管直接力发动机1的正上方或正下方喷管14与托架2底部的螺纹通孔中心对齐；所述支撑座9的顶部加工有纵向通孔，所述连接杆6一端与托架2底部的螺纹通孔螺纹连接，另一端由纵向通孔伸入支撑座9的内部空腔中，落在转接台12的上端面上；

所述支撑座9与底盘11围成中空腔体结构，力传感器10位于中空腔体结构内部，固定在底盘11上，力传感器10的顶部安装转接台12，通过与连接杆6对接，将小型多喷管直接力发动机1的喷管推力传递至力传感器10上。其中，所述支撑座9与底盘11围成的中空腔体结构可以为封闭式或非封闭式中空腔体结构。

本发明中推力测试装置可以按需求测量单个或多个喷管的推力，测量单个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机1正上方的喷管；测量多个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机1上中轴线上方(不包括中轴线上)的喷管，且喷管推力的合力竖直向上。在分时段启用多个喷管时，根据推力数据能够读取各喷管打开工作的时间间隔。小型多喷管直接力发动机1的喷管启动后产生向上的推力，使小型多喷管直接力发动机1受到大小相等方向相反的向下的反作用力，推力产生的反作用力向下通过连接杆6、转接台12传递至力传感器10，通过反作用力的测定得到喷管的推力。

在本发明中，所述托架2和/或压板3的凹槽内型面与小型多喷管直接力发动机1的外形完全或部分吻合，用于定位小型多喷管直接力发动机1，便于调整使小型多喷管直接力发动机1的正上方或正下方喷管与托架2底部的螺纹通孔中心对齐。

在本发明中，所述支撑座9顶部的纵向通孔中安装有导向轴承7，所述导向轴承7内部套设连接杆6，用于调整连接杆6的轴向方位。优选地，导向轴承7与支撑座9通过螺纹连接件紧固。

在本发明中，所述连接杆6的螺纹段根部加工有定位凸起，定位凸起的定位面与托架2的底面接触，用于连接杆6的旋进限位。连接杆6通过外螺纹与托架2螺纹连接时，连接杆6的螺纹根部的定位面与托架底面接触时停止旋进。

在本发明中，所述支撑座9为开口向下的壳体或框体结构，底部开口端周向开设螺纹孔，所述底盘11开设有与支撑座9上螺纹孔对应的纵向通孔，通过穿过纵向通孔和螺纹孔的螺纹连接件将支撑座9和底盘11固连。

在本发明中，所述力传感器10的底部加工有螺纹孔，底盘11开设有与力传感器10上螺纹孔对应的纵向通孔，通过穿过纵向通孔和螺纹孔的螺纹连接件将力传感器10固定在底盘11上。

在本发明中，所述力传感器10的顶部开设螺纹孔，所述转接台12的下部加工有外螺纹，两者通过螺纹配合安装固定。优选地，所述转接台12的上端面为圆弧面结构，使连接杆6与转接台12成点接触。

在本发明中，所述推力测试装置还包括定位销5，用于周向定位所述小型多喷管直接力发动机1与托架2，保证小型多喷管直接力发动机1的正上方或正下方喷管与托架2底部的螺纹通孔中心对齐。

在本发明中，所述推力测试装置还包括负重块8，以中心对称的形式固定在压板3上，或悬挂在托架2和压板3对接部位的紧固件上，对托架2和压板3进行预紧，用于保证所述连接杆6和转接台12的可靠接触，使小型多喷管直接力发动机上待测试喷管推力精确传递至力传感器10。

在本发明中，所述推力测试装置还包括砝码13，压板3的顶部加工有平台，所述砝码13放置在压板3的顶部平台上，用于测试前对力传感器10进行标定，换算喷管推力。

根据本发明的第二方面，提供了一种小型多喷管直接力发动机的推力测试方法，包括：

将小型多喷管直接力发动机1放置在托架2上，位置确定后放置定位销5进行周向定位，采用螺纹连接件如连接螺钉4将压板3与托架2固联，托架2底部的螺纹通孔与连接杆6的外螺纹端连接；

在力传感器10的上端安装转接台12，采用螺纹连接件如连接螺钉将力传感器10上另一端与底盘11固联，采用螺纹连接件如连接螺钉将支撑座9与底盘11固联；

在支撑座9的顶部安装导向轴承7，通过螺纹连接件如连接螺钉紧固，将连接杆6穿过导向轴承7后落在转接台12的圆弧面上；

在压板3和连接托架2与压板3的紧固件如连接螺钉4上放置负重块8；

至此，一种小型多喷管直接力发动机推力测试装置安装完成，压板与托架、底盘与支撑座、导向轴承与支撑座之间通过螺钉进行紧固，连接杆6与托架2、转接台12与传感器10之间螺纹连接，该发明中的连接结构不仅仅限于上述结构。根据小型多喷管直接力发动机的尺寸，可选择不同的连接方式、加工材料及几何形状适应不同推力的发动机推力测试装置进行试验。

在压板3顶部平台上放置砝码13，对力传感器10进行标定；

实施小型多喷管直接力发动机待测喷管推力的测试，测量单个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机1上正上方的喷管；测量多个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机1上中轴线上方(不包括中轴线上)的喷管，且喷管推力的合力竖直向上；在分时段启用多个喷管时，根据推力数据读取各喷管打开工作的时间间隔。

实施例

采用图1所示的测力装置实施小型多喷管直接力发动机进行推力测定，测定步骤如下：

将力传感器10可靠固定在底盘11的中心位置，力传感器10另一侧与转接台12相连；

在支撑座9的中心位置安装导向轴承7后与底盘11固联，紧固螺钉后使得转接台12与导向轴承7同轴；

发动机1与托架2、压板3进行安装，对齐发动机1喷管和托架2底部的螺纹通孔后安装连接螺钉，紧固发动机1，将定位销5放置在发动机环向销孔内固定发动机周向位置；

在装好发动机1的托架2底部安装连接杆6，紧固后将连接杆6穿过导向轴承7的中心通孔后与转接台12的球面接触；

在压板两侧的连接螺钉4上分别挂上15kg的负重块8；

采集力传感器的数据，通过调节参数进行清零，使此时力传感器的推力数值为0N；

在压板3的顶部平台上依次添加砝码，分别得到5Kg、10Kg、15Kg、20Kg、25Kg、30Kg对应的传感器数值；

依次祛除砝码13，得到25Kg、20Kg、15Kg、10Kg、5Kg、0Kg对应的力传感器数值；

重复前两个步骤一次，对传感器进行实时标定；

根据标定数值得到的推力公式：

F’＝K₁F²+K₂F+K₃

式中：

F’——为喷管实际推力；

K₁、K₂、K₃——为推力修正系数；

F——为喷管测试推力；

采用上述测定方法得到的推力数据结果见表1。

表1

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种小型多喷管直接力发动机的推力测试装置，其特征在于，所述小型多喷管直接力发动机（1）的周向对称分布有喷管（14），该推力测试装置包括托架（2）、压板（3）、连接杆（6）、支撑座（9）、力传感器（10）、底盘（11）和转接台（12）；其中，

所述托架（2）和压板（3）均加工有凹槽，托架（2）位于压板（3）下方，与压板（3）横向合抱小型多喷管直接力发动机（1），并通过在对接部位拧紧紧固件收紧合抱；所述压板（3）上开设对应喷管（14）的通孔，推力测试时喷管火焰通过通孔喷出；

所述托架（2）的底部加工有螺纹通孔，小型多喷管直接力发动机（1）的正上方或正下方喷管（14）与托架（2）底部的螺纹通孔中心对齐；所述支撑座（9）的顶部加工有纵向通孔，所述连接杆（6）一端与托架（2）底部的螺纹通孔螺纹连接，另一端由纵向通孔伸入支撑座（9）的内部空腔中，落在转接台（12）的上端面上；

所述支撑座（9）与底盘（11）围成中空腔体结构，力传感器（10）位于中空腔体结构内部，固定在底盘（11）上，力传感器（10）的顶部安装转接台（12），通过与连接杆（6）对接，将小型多喷管直接力发动机（1）的喷管推力传递至力传感器（10）上。

2.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述托架（2）和/或压板（3）的凹槽内型面与小型多喷管直接力发动机（1）的外形完全或部分吻合。

3.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述支撑座（9）顶部的纵向通孔中安装有导向轴承（7），所述导向轴承（7）内部套设连接杆（6），用于调整连接杆（6）的轴向方位。

4.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述连接杆（6）的螺纹段根部加工有定位凸起，定位凸起的定位面与托架（2）的底面接触，用于连接杆（6）的旋进限位。

5.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述支撑座（9）为开口向下的壳体或框体结构，底部开口端周向开设螺纹孔，所述底盘（11）开设有与支撑座（9）上螺纹孔对应的纵向通孔，通过穿过纵向通孔和螺纹孔的螺纹连接件将支撑座（9）和底盘（11）固连。

6.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述力传感器（10）的底部加工有螺纹孔，底盘（11）开设有与力传感器（10）上螺纹孔对应的纵向通孔，通过穿过纵向通孔和螺纹孔的螺纹连接件将力传感器（10）固定在底盘（11）上。

7.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述力传感器（10）的顶部开设螺纹孔，所述转接台（12）的下部加工有外螺纹，两者通过螺纹配合安装固定；所述转接台（12）的上端面为圆弧面结构，使连接杆（6）与转接台（12）成点接触。

8.根据权利要求1所述的推力测试装置，其特征在于，所述推力测试装置还包括定位销（5），用于周向定位所述小型多喷管直接力发动机（1）与托架（2）；和/或

所述推力测试装置还包括负重块（8），以中心对称的形式固定在压板（3）上，或悬挂在托架（2）和压板（3）对接部位的紧固件上，对托架（2）和压板（3）进行预紧；和/或

所述推力测试装置还包括砝码（13），压板（3）的顶部加工有平台，所述砝码（13）放置在压板（3）的顶部平台上，用于测试前对力传感器（10）进行标定。

9.一种基于权利要求1至8之一所述的小型多喷管直接力发动机推力测试装置的推力测试方法，其特征在于，包括：

将小型多喷管直接力发动机（1）放置在托架（2）上，优选位置确定后放置定位销（5）进行周向定位，将压板（3）与托架（2）固联，托架（2）底部的螺纹通孔与连接杆（6）的外螺纹端连接；

在力传感器（10）的上端安装转接台（12），将力传感器（10）上另一端与底盘（11）固联，支撑座（9）与底盘（11）固联；

在支撑座（9）的顶部安装导向轴承（7），将连接杆（6）穿过导向轴承（7）后落在转接台（12）的圆弧面上；

实施小型多喷管直接力发动机待测喷管推力的测试，测量单个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机（1）上正上方的喷管；测量多个喷管的推力时，待测喷管为小型多喷管直接力发动机（1）上中轴线上方的喷管，且喷管推力的合力竖直向上。

10.根据权利要求9所述的推力测试方法，其特征在于，所述推力测试方法还包括测试前对托架（2）和压板（3）进行预紧的步骤：在压板（3）或连接托架（2）与压板（3）的紧固件上放置负重块（8）；和/或

所述推力测试方法还包括测试前的标定步骤：在压板（3）顶部中心的平台上放置砝码（13），对力传感器（10）进行标定。

Images