CN114199581A

CN114199581A - 一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置

Info

Publication number: CN114199581A
Application number: CN202111391553.0A
Authority: CN
Inventors: 陈欣欣; 程博; 钱程远; 田虎强; 张志�
Original assignee: INNER MONGOLIA AEROSPACE POWER MACHINERY TESTING INSTITUTE
Current assignee: INNER MONGOLIA AEROSPACE POWER MACHINERY TESTING INSTITUTE
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-03-18

Abstract

本发明涉及固体火箭发动机测试领域，具体涉及一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置。包括：发动机喷嘴压块、活塞杆、调节螺套、活塞套、锁紧螺母、压强传感器、电磁阀、储气缸和快接软管，所述储气缸通过快插软管与低压氮气瓶连接，所述电磁阀与储气缸连接，另一端与压强传感器连接，所述压强传感器通过锁紧螺母与活塞套连接，所述活塞套中的活塞杆通过调节螺套与发动机喷嘴压块连接。本发明采用小压力，大面积法，减少密封圈阻力，大大提高了灵敏度；采用特殊密封结构，确保活塞具有较高灵敏度；采用小力矩转动，密封条件较好情况下可采用柔性结构。

Description

一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机测试领域，具体涉及一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置。

背景技术

矢量推力是固体姿轨控发动机的关键性能参数，其精确测量对其运行姿态的精确控制、提高目标命中精度等具有重要意义。测试系统的原位校准为其推力矢量的测量提供了计量保障。推力矢量是影响固体姿轨控发动机控制精度的重要因素，如何准确评估其推力矢量测量具有意义重大。为保证测量结果准确性，必须对测试系统进行校准。对于动态力值则往往是采用“静标动用”虽然在静态校准中精度很高的计量器具，在动态测试中却可能出现较高的动态误差。由此可见，动态力值计量具有广泛而深远的意义。

根据标准动态力发生装置输出力信号形式，目前可查询到装置可分为稳定正弦激振力源、脉冲式力源及阶跃式力源等。

稳定正弦激振力源，该力源的特点是输出稳态正弦激励信号，可通过扫频的方法得出力传感器的动态特性。该力源装置示意图如图1所示。信号分析仪中信号源产生一定频率的正弦周期信号，经功率放大器推动电磁振动台工作，振动台台面上安装着待标力传感器，力传感器上连着负载质量块，负载质量块上安装着测量其加速度大小的加速度。并且在一定频率范围内改变信号源输出信号的频率，可得不同频率点下的传感器灵敏度，即可得传感器的动态特性指标。

脉冲式力源，脉冲式力源有各种脉冲类力信号，最典型的有半正弦信号、矩形信号等，其校准力传感器动态特性的原理是利用脉冲信号宽的幅频特性，激发出力传感器的动态特性，从而达到校准力传感器的目的。如图2所示为1000KN的动态力标准装置结构简图落锤自高处下落冲击力传感器，给力传感器输入一个类半正弦脉冲力信号，通过安装于落锤之上的加速度传感器测量落锤的冲击加速度，再结合落锤的质量，由牛顿第二定律得到该冲击力值。最终得到力学传感器的动态指标。

现有的技术缺点有：

(1)对于稳定正弦激振力源很难达到较宽的测试频带，在低频端由于振动台横向振动加剧，加速度计输出将含有较多的横向灵敏度成分，从而导致测试出现较大的误差；很难实现大力值、宽频带的动态力。

(2)对于脉冲式力源具有在大力值动态校准时出现的落锤绝对刚体的条件在高速冲击下条件不成立；因受垫块质量影响、波形畸变、基底座变形等而引入各种误差，因此，不适用于校准大力值、宽频带动态响应。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置，用于固体姿轨控发动机推力矢量的动态原位校准，以评估其测试系统动态响应特性，解决固体姿轨控发动机推力矢量精确测试技术难题，为其推力矢量测试系统优化提供支撑。

本发明采用的技术方案

一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置，包括：发动机喷嘴压块1、活塞杆2、调节螺套3、活塞套4、锁紧螺母5、压强传感器6、电磁阀7、储气缸8和快接软管9，所述储气缸8通过快插软管9与低压氮气瓶连接，所述电磁阀7与储气缸8连接，另一端与压强传感器6连接，所述压强传感器6通过锁紧螺母5与活塞套4连接，所述活塞套4中的活塞杆2通过调节螺套3与发动机喷嘴压块1连接。

本发明获得的有益效果

本发明采用小压力，大面积法，减少密封圈阻力，大大提高了灵敏度；采用特殊密封结构，确保活塞具有较高灵敏度；采用小力矩转动，密封条件较好情况下可采用柔性结构；密封件调制在0.5MPa压力以下，介于漏气与少量漏气之间，以确保高灵敏度；本发明采用气动助推直接加载的方式作用于被校准对象，力值传递无中间环节减小了系统误差。

附图说明

图1：稳定正弦激励力源装置示意图；

图2：1000kN落锤式动态力标准装置；

图3：力传感器校准装置示意图；

图4：阶跃力值上升时间示意图；

图5：推力动态阶跃力校准曲线；

其中：1-发动机喷嘴压块、2-活塞杆、3-调节螺套、4-活塞套、5-锁紧螺母、6-压强传感器、7-电磁阀、8-储气缸、9-快插软管。

具体实施方式

为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

如图3所示，固体姿轨控发动机推力矢量的动态原位校准的动态校准力源装置，包括：发动机喷嘴压块1、活塞杆2、调节螺套3、活塞套4、锁紧螺母5、压强传感器6、电磁阀7、储气缸8和快接软管9，所述储气缸8通过快插软管9与低压氮气瓶连接，所述电磁阀7与储气缸8连接，另一端与压强传感器6连接，所述压强传感器6通过锁紧螺母5与活塞套4连接，所述活塞套4中的活塞杆2通过调节螺套3与发动机喷嘴压块1连接。

各部件间均为螺纹联接。通过螺栓将整套校准力源装置安装与发动机原位校准装置中，活塞杆2与喷管压块1以螺纹联接，作用于发动机，旋转调节喷管压块1与活塞杆2之间距离，使得喷管压块1与发动机喷管锥型面接触，利用塞尺检查两者端面间缝隙小于0.1mm；快接软管9与低压氮气瓶连接，为装置提供气源；供气后，氮气在储气缸8中形成稳定压力，通过标准压强传感器5用于监测力源装置的压力，并通过旋转调节喷管调节螺套3对校准力值微调进行微调；待达到预定压力值后，调节电磁阀7瞬间打开产生阶跃力，推动活塞套4中的活塞杆2动作而产生标准推力作用于发动机喷管，实现现场动态原位校准。

本发明采用以压强传感器为标准传感器的校准装置，即事先在实验室条件下对压强传感器进行静态标定，获得的校准方程；在校准过程中，通过力源加载得到标准压强传感器5的示值P确定是否达到校准点，其示值P对应的标准力值通过F＝P·S计算得到，其中S为活塞套4的横截面积，以此实现工作传感器的校准。

本发明采用小压力-大面积法，并在活塞套4间采用的密封件调制在0.5MPa压力以下，介于漏气与少量漏气之间，以减少密封圈阻力，确保活塞具有较高灵敏度。

本发明产生的阶跃力值上升时间，为从0到平台力值的时间。若零点不稳定则为从平台值的2％到平台力值时间的+5％。加载力值是平台力值

而不是峰值

峰值

是传感器自振产生的超调量，不是输出的加载力值。如图4所示。其中：A为实际推力曲线，t₀是0点时间，t₁是达到平台力值时间，

为传感器系统响应峰值，

是平台力值，也是加载力值。

由图5推力动态阶跃力校准曲线可知，动态阶跃力校准输出波形一致性很好，系统干扰较小，没有明显的滞后和大的谐波振荡，动态响应在20ms以内，主频在70Hz左右。满足测试装置技术指标工作频率不小于50Hz的要求。

本发明为采用小压力-大面积法设计的高灵敏度加力装置，只适用于低压小力值加载，加载压力<0.5MPa。

本发明通过了模拟发动机的动态原位校准试验验证，分别针对轨控推力(450N、550N)两个校准点和姿控推力(45N、55N)两个校准点开展动态校准，试验校准数据见表1、表2。

表1轨控推力校准激励力及相应频率测试数据表

表2姿控推力校准激励力及相应频率测试数据表

该试验测控系统响应频率要求不小于50Hz，根据上述试验数据可以看出，本发明设计的动态原位校准激励力源装置能够产生高于50Hz的激励力源，满足动态性能校准要求，验证了该力源装置的合理性和可行性。

Claims

1.一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置，其特征在于，包括：发动机喷嘴压块、活塞杆、调节螺套、活塞套、锁紧螺母、压强传感器、电磁阀、储气缸和快接软管，所述储气缸通过快插软管与低压氮气瓶连接，所述电磁阀与储气缸连接，另一端与压强传感器连接，所述压强传感器通过锁紧螺母与活塞套连接，所述活塞套中的活塞杆通过调节螺套与发动机喷嘴压块连接。

2.根据权利要求1所述的固体姿轨控发动机动态校准力源装置，其特征在于：所述系统响应频率不小于50Hz。

3.根据权利要求1所述的固体姿轨控发动机动态校准力源装置，其特征在于：本装置适用于低压小力值加载，加载压力<0.5MPa。