CN114486243B - 燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法，所述测试装置包括：模拟转动组件，包括模拟舵轴，被配置为模拟燃气舵的舵轴转动机构；加载组件，与模拟舵轴连接，被配置为向模拟转动组件提供模拟气动载荷，并检测模拟气动载荷的载荷信息；加热组件，与模拟转动组件连接，被配置为加热模拟舵轴；测量驱动组件，与模拟舵轴连接，被配置为驱动模拟舵轴转动，并检测模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩。充分模拟燃气舵实际工作的力热条件，保证试验边界条件的准确性和客观性；同时检测并计算燃气舵舵轴转动机构在高温、大载荷的条件下的摩擦力矩，可以得到准确的试验结果，为设计燃气舵系统及其伺服机构提供精确可信的输入条件。

Description

燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法

技术领域

本申请涉及摩擦力矩测试设备技术领域，尤其涉及一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法。

背景技术

燃气舵是飞行器推力矢量控制技术的关重件，一般布置在发动机尾喷管处，在发动机喷流作用下，燃气舵在产生较大气动力矩的同时，其转动机构不可避免地会产生一定的摩擦力矩，这就为伺服机构在承受较大外载条件下的响应时间、结构强度等指标提出了更高的要求。如果设计伺服机构时不考虑摩擦力矩，那么伺服机构可能无法产生足够的驱动力带动燃气舵偏转，进而导致飞行器发射失败。

目前，对于燃气舵舵轴的摩擦力矩的测试通常有三种方式：第一种：通过试车试验进行摩擦力矩的检测；第二种：通过经验给定轴承摩擦系数估算摩擦力矩；第三种：有限元仿真方法。通过第一种方式，可以获得较为准确的燃气舵转动机构摩擦力矩，但是这种方式不仅试验经费高而且试验准备时间长；通过第二种方式和第三种方式，均不能充分考虑燃气舵转动机构的实际工作条件，导致计算的误差较大。因此，如何在试验室获取燃气舵舵轴转动机构在高温、大载荷的实际工作条件下的摩擦力矩成为了亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法。

基于上述目的，本申请提供了一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置，包括：

模拟转动组件，包括模拟舵轴，被配置为模拟燃气舵的舵轴转动机构；

加载组件，与所述模拟舵轴连接，被配置为向所述模拟转动组件提供模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的载荷信息；

加热组件，与所述模拟转动组件连接，被配置为加热所述模拟舵轴；

测量驱动组件，与所述模拟舵轴连接，被配置为驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩。

进一步地，所述模拟转动组件还包括：

轴承支座，与所述模拟舵轴转动连接；

加载杆，一端与所述模拟舵轴转动连接，另一端与所述加载组件连接，所述加载杆与所述轴承支座之间设有所述加热组件。

进一步地，所述模拟转动组件还包括间隔设置的第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述模拟舵轴通过所述第一轴承和所述第二轴承与所述轴承支座转动连接，所述模拟舵轴通过所述第三轴承与所述加载杆转动连接。

进一步地，所述加热组件包括：

外壳骨架，与所述模拟转动组件连接，所述舵轴穿过所述外壳骨架；

加热环，位于所述外壳骨架内，与所述模拟舵轴同轴设置，且所述加热环的内壁与所述模拟舵轴的外壁之间有空隙，被配置为加热所述模拟舵轴；

隔热套，与所述加热环同轴设置，位于所述外壳骨架和所述加热环之间。

进一步地，所述测量驱动组件包括：

扭矩传感器，与所述模拟舵轴连接，被配置为测量所述模拟舵轴转动时的摩擦力矩；

驱动结构，与所述扭矩传感器连接，被配置为驱动所述模拟舵轴和所述扭矩传感器一起转动。

进一步地，还包括转接组件，位于所述测量驱动组件和所述模拟转动组件之间，所述转接组件包括转接法兰，所述转接法兰位于所述轴承支座和所述扭矩传感器之间，并与所述模拟舵轴远离所述加载杆的端部连接，被配置为在所述驱动结构的驱动下，与所述模拟舵轴和所述扭矩传感器一起转动。

进一步地，所述转接法兰内设有转接环，所述转接环内设有转接块，所述转接块与所述转接环之间有凹槽，所述模拟舵轴远离所述加载杆的端部插入所述凹槽后与所述转接环抵接。

进一步地，所述加载组件包括：

承载立柱；

液压作动筒，与所述承载立柱固定，被配置为向所述模拟舵轴提供模拟气动载荷；

拉力传感器，一端与所述液压作动筒连接，另一端与所述加载杆连接，被配置为检测所述液压作动筒加载的所述模拟气动载荷的载荷信息。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种利用如上任一项所述的测试装置对燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩进行测试的方法，包括：

通过加热组件对所述模拟舵轴进行加热，至所述模拟舵轴升温至预设温度；

通过加载组件将所述模拟舵轴加载至预设的模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的模拟载荷信息；

通过测量驱动组件驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩；

基于所述模拟载荷信息、所述模拟摩擦力矩和所述模拟舵轴实际工装状态下的轴向力计算所述模拟舵轴的实际摩擦力矩。

进一步地，通过测量驱动组件驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩，包括：

通过所述测量驱动组件驱动所述模拟舵轴依次进行逆时针转动和顺时针转动；

分别检测所述模拟舵轴进行逆时针转动时的逆摩擦力矩和所述模拟舵轴进行顺时针转动时的顺摩擦力矩；

通过所述逆摩擦力矩和所述顺摩擦力矩计算所述模拟摩擦力矩。

从上面所述可以看出，本申请提供的燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法，充分模拟燃气舵实际工作的力热条件，保证试验边界条件的准确性和客观性；同时检测并计算燃气舵舵轴转动机构在高温、大载荷的条件下的摩擦力矩，可以得到准确的试验结果，为设计燃气舵系统及其伺服机构提供精确可信的输入条件；在节约试验成本并提高试验效率的同时，解决了在试验室条件下难以评估燃气舵舵轴转动机构摩擦力矩的问题，检测精度高、误差小、检测效率高、检测周期短，便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，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为本申请实施例的测试装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的测试装置去掉加载组件后的结构示意图；

图3为本申请实施例的模拟转动组件的结构示意图；

图4为本申请实施例的模拟转动组件的剖视图；

图5为本申请实施例的加热组件的结构示意图；

图6为本申请实施例的加热组件的主视图；

图7为本申请说明书附图6中A-A向的剖面示意图；

图8为本申请实施例的测量驱动组件的示意图；

图9为本申请实施例的转接组件的示意图；

图10为本申请实施例的转接组件的主视图；

图11为本申请说明书附图10中B-B向的剖面示意图；

图12为本申请实施例的测试方法的流程示意图；

图13为本申请实施例的各工况下检测得到的模拟舵轴的摩擦力矩示意图；

图14为本申请实施例的测试装置中舵轴的受力示意图。

图中，1、加载组件；101、承载立柱；102、液压作动筒；103、拉力传感器；104、双耳接头；

2、模拟转动组件；201、轴承支座；202、模拟舵轴；203、第一支座；204、防热套；205、加载杆；206、隔热板；207、第一轴承；208、第二轴承；209、第三轴承；210、第一外挡圈；211、第一内挡圈；212、第二外挡圈；213、第二内挡圈；214、第一内六角螺栓；215；第二内六角螺栓；

3、加热组件；301、导出杆；302、隔热套；303、安装支撑板；304、第一安装孔；305、第二安装孔；306、外壳骨架；3061、骨架端盖；3062、骨架主体；307、金属环；308、加热环；

4、转接组件；401、转接法兰；402、转接环；403、转接块；404、第一平键；405、第二平键；406、螺钉；407、通水孔；

5、测量驱动组件；501、第一传感器法兰；502、扭矩传感器；503、第二传感器法兰；504、连接法兰；505、第二支座；506、减速器；507、步进电机；6、转接平台。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

参考图1、图2，本申请提供了一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置，包括：模拟转动组件2，包括模拟舵轴202，被配置为模拟燃气舵的舵轴转动机构；加载组件1，与所述模拟舵轴202连接，被配置为向所述模拟转动组件2提供模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的载荷信息；加热组件3，与所述模拟转动组件2连接，被配置为加热所述模拟舵轴202；测量驱动组件5，与所述模拟舵轴202连接，被配置为驱动所述模拟舵轴202转动，并检测所述模拟舵轴202转动时的模拟摩擦力矩。

具体的，所述模拟转动组件2用于模拟燃气舵的舵轴转动机构，所述模拟舵轴202在所述测量驱动组件5的驱动下进行转动，用于模拟燃气舵的舵轴转动机构在实际工作时的转动状态，同时，测量驱动组件5还可以对模拟舵轴202转动时的模拟摩擦力矩进行检测，便于后续对模拟舵轴202实际工作状态下的摩擦力矩进行计算。

通过加热组件3对所述模拟舵轴202进行加热，使所述模拟舵轴202被加热至预设温度，通过加热组件3对模拟舵轴202的加热，可以模拟燃气舵舵轴转动机构实际工作时的高温条件。通过加载组件1将所述模拟舵轴202加载至预设的模拟气动载荷，通过加载组件1对所述模拟舵轴202施加气动载荷，可以模拟燃气舵舵轴转动机构实际工作时的大载荷条件。通过加热组件3和加载组件1的一起作用，可以充分模拟燃气舵实际工作的力热条件，保证试验边界条件的准确性和客观性。

实际工作时，首先，通过加热组件3对所述模拟舵轴202进行加热，直至所述模拟舵轴202升温至预设温度；然后，通过加载组件1将所述模拟舵轴202加载至预设的模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的模拟载荷信息；最后，通过测量驱动组件5驱动所述模拟舵轴202转动，并检测所述模拟舵轴202转动时的模拟摩擦力矩。

在检测完成之后，基于所述模拟载荷信息、所述模拟摩擦力矩和所述模拟舵轴202实际工装状态下的轴向力可以计算所述模拟舵轴202的实际摩擦力矩。

本申请提供的燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置及测试方法，充分模拟燃气舵实际工作的力热条件，保证试验边界条件的准确性和客观性；同时检测并计算燃气舵舵轴转动机构在高温、大载荷的条件下的摩擦力矩，可以得到准确的试验结果，为设计燃气舵系统及其伺服机构提供精确可信的输入条件；在节约试验成本并提高试验效率的同时，解决了在试验室条件下难以评估燃气舵舵轴转动机构摩擦力矩的问题，检测精度高、误差小、检测效率高、检测周期短，便于安装。

在一些实施例中，参考图3、图4，所述模拟转动组件2还包括：轴承支座201，与所述模拟舵轴202转动连接；加载杆205，一端与所述模拟舵轴202转动连接，另一端与所述加载组件1连接，所述加载杆205与所述轴承支座201之间设有所述加热组件3。

进一步地，所述模拟转动组件2还包括间隔设置的第一轴承207、第二轴承208和第三轴承209，所述模拟舵轴202通过所述第一轴承207和所述第二轴承208与所述轴承支座201转动连接，所述模拟舵轴202通过所述第三轴承209与所述加载杆205转动连接。

具体的，所述轴承支座201内开有轴承孔，间隔设置的第一轴承207和第二轴承208的外圈均与所述轴承孔的孔壁连接，所述第一轴承207和所述第二轴承208的内圈均与所述模拟舵轴202连接。所述加载杆205靠近所述模拟舵轴202的一端开有容所述模拟舵轴202穿过的加载孔，所述加载孔内壁设有所述第三轴承209，所述模拟舵轴202通过所述第三轴承209与所述加载杆205转动连接。所述模拟舵轴202的一端依次穿过第一轴承207、第二轴承208、加热组件3和第三轴承，从而实现模拟舵轴202与轴承支座201和加载杆205的转动连接。第一轴承207、第二轴承208和第三轴承209的设置，用于更好的模拟和还原燃气舵舵轴转动机构在实际工作条件下的转动条件，方便后续对模拟舵轴202转动时的模拟摩擦力矩进行定量分析。

所述模拟转动组件2还包括第一支座203，所述轴承支座201位于所述第一支座203上。

所述加载杆205远离所述模拟舵轴202的一端与所述加载组件1连接。加载杆205作为所述加载组件1与所述模拟舵轴202之间的连接件，方便加载组件1对模拟舵轴202提供模拟气动载荷，可以更好的模拟实际使用时的载荷条件。

进一步地，所述加载杆205靠近所述加热组件3的一侧设有防热套204，所述轴承支座201靠近所述加热组件3的一侧设有隔热板206，所述模拟舵轴202穿过所述防热套204和所述隔热板206。

具体的，所述轴承支座201内开有轴承孔，所述模拟舵轴202的一端依次穿过所述轴承孔内的第一轴承207和第二轴承208、所述隔热板206、所述加热组件3、所述防热套204后与所述加载杆205转动连接。

所述隔热板206和所述防热套204的设置，可以避免加载杆205和轴承支座201受到加热组件3的影响，导致温度过高，进而减少装置的使用寿命。

模拟转动组件2包括加载杆205、模拟舵轴202、轴承支座201、第一轴承207、第二轴承208、第三轴承209、防热套204以及隔热板206组成，主要用于模拟实际安装状态，并为加载组件1、加热组件3、测量驱动组件5提供接口。通过轴孔配合关系分别将第一轴承207和第二轴承208安装在所述轴承支座201中，并通过第一外挡圈210和第一内挡圈211限制第一轴承207的位置；将轴承支座201固定在第一支座203上；将第一支座203与转接平台6连接。模拟舵轴202与第一轴承207和第二轴承208配合安装，第三轴承209的外圈与加载杆205的加载孔配合后，其内圈与模拟舵轴202配合安装。

在一些实施例中，参考图5、图6和图7，所述加热组件3包括：外壳骨架306，与所述模拟转动组件2连接，所述舵轴穿过所述外壳骨架306；加热环308，位于所述外壳骨架306内，与所述模拟舵轴202同轴设置，且所述加热环308的内壁与所述模拟舵轴202的外壁之间有空隙，被配置为加热所述模拟舵轴202；隔热套302，与所述加热环308同轴设置，位于所述外壳骨架306和所述加热环308之间。

具体的，所述外壳骨架306包括可拆卸连接的骨架主体3062和骨架端盖3061，所述骨架主体3062用于容纳所述加热环308和所述隔热套302，可拆卸连接的骨架主体3062和骨架端盖3061便于加热环308和隔热套302的放入和取出，操作更加方便。

所述加热环308的内壁与所述舵轴的外壁之间有空隙，防止加热环308直接接触所述模拟舵轴202，进而导致在试验过程中引入外部摩擦力，降低摩擦力矩测量的准确性。

所述加热环308还连接有导出杆301，所述导出杆301伸出所述外壳骨架306，所述导出杆301用于与外部的温度控制箱电连接，便于外部的温度控制箱对加热环308的加热温度进行控制和调节。

隔热套302与所述加热环308同轴设置，所述隔热套302位于所述外壳骨架306和所述加热环308之间。所述隔热套302可以将所述加热环308包裹，有利于加热环308温度的保持，减小加热过程中的热量损失，确保热量集中于套内，避免加热环308的热量快速的被传递到外壳骨架306及外部空间，降低能源的损耗。

进一步地，所述隔热套302的两侧均设有金属环307，所述金属环307与所述加热环308、所述隔热套302均同轴设置。所述模拟舵轴202的外径、所述金属环307的内径、所述加热环308的内径依次增大，进一步避免了加热环308的内壁与模拟舵轴202的外壁直接接触，防止加热环308直接接触所述模拟舵轴202，进而导致在试验过程中引入外部摩擦力，降低摩擦力矩测量的准确性。

进一步地，所述加热组件3还包括安装支撑板303，所述安装支撑板303与所述外壳骨架306和所述第一支座203均连接，所述安装板用于将所述加热组件3连接至所述模拟转动组件2。

加热组件3包括加热环308、隔热套302、外壳骨架306以及安装支撑板303，主要用于对模拟舵轴202进行加热，进而模拟燃气舵舵轴实际工作状态下的热环境。其中，加热环308由不锈钢管绕制成螺旋状结构，钢管内置电热丝及K分度传感器，中间填充氧化镁粉，确保电热丝与钢管外壳之间绝缘。隔热套302采用氧化铝纤维，减小加热过程中的热量损失，确保热量集中于套内，减小热量损失；外壳骨架306主要用于固定支撑整个加热环308及隔热套302，外壳骨架306安装于隔热套302外侧，可有效固定隔热套302及内部加热环308，外壳内还设有金属环307，金属环307内径介于模拟舵轴202外径和加热环308的螺旋内径之间，防止加热环308与模拟舵轴202直接接触摩擦。安装支撑板303通过焊接与外壳骨架306连接，并固定在所述第一支座203上，为整个加热组件3提供支撑。

在一些实施例中，参考图8，所述测量驱动组件5包括：扭矩传感器502，与所述模拟舵轴202连接，被配置为测量所述模拟舵轴202转动时的摩擦力矩；驱动结构，与所述扭矩传感器502连接，被配置为驱动所述模拟舵轴202和所述扭矩传感器502一起转动。进一步地，所述驱动结构包括减速器506和步进电机507，所述减速器506与所述扭矩传感器502和所述步进电机507均连接。

具体的，所述测量驱动组件5还包括第二支座505，所述测量驱动组件5主要对模拟舵轴202提供转动所需的动力并测量转动时的摩擦力矩。

所述减速器506与所述第二支座505连接，起到减速和增加扭矩的作用。所述步进电机507和所述减速器506连接，为带动模拟舵轴202转动提供动力。所述连接法兰504的一端通过平键与所述减速器506的输出轴配合，所述连接法兰504的另一端与所述扭矩传感器502一侧的第二传感器法兰503连接。所述扭矩传感器502另一侧的第一传感器法兰501通过转接组件4与所述模拟舵轴202连接。

实际使用时，驱动结构驱动所述连接法兰504、所述扭矩传感器502、所述转接组件4和所述模拟舵轴202一起转动，进而模拟燃气舵舵轴转动机构在实际工作状态下的转动过程。

在一些实施例中，参考图9、图10、图11，所述测量装置还包括转接组件4，位于所述测量驱动组件5和所述模拟转动组件2之间，所述转接组件4包括转接法兰401，所述转接法兰401位于所述轴承支座201和所述扭矩传感器502之间，并与所述模拟舵轴202远离所述加载杆205的端部连接，被配置为在所述驱动结构的驱动下，与所述模拟舵轴202和所述扭矩传感器502一起转动。

进一步地，所述转接法兰401内设有转接环402，所述转接环402内设有转接块403，所述转接块403与所述转接环402之间有凹槽，所述模拟舵轴202远离所述加载杆205的端部插入所述凹槽后与所述转接环402抵接，所述模拟舵轴202靠近所述加载杆205的端部伸入所述加载杆205的加载孔内，并与所述加载杆205转动连接。

具体的，所述转接组件4包括转接块403、转接环402和转接法兰401，主要作用是将模拟舵轴202与测量驱动组件5连接起来，并为扭矩传感器502提供良好的温度环境。其中，转接环402套在模拟舵轴202上，并将所述模拟舵轴202的端部插入所述转接块403与所述转接环402之间有凹槽内，如此，转接环402与所述模拟舵轴202连接。

进一步地，所述转接法兰401的中部开有空腔，所述转接环402与所述模拟舵轴202连接的一端位于所述空腔内，所述转接块403也位于所述空腔内。所述转接法兰401的顶部和底部分别开有通水孔407，所述通水孔407与所述空腔连通。两个通水孔407分别与外部水泵的出水口和入水口连接，使得外部的水可以通过通水孔407进入所述空腔内，水在法兰的空腔中不断循环，起到水冷的作用，防止模拟舵轴202的热传递影响扭矩传感器502的工作。

进一步地，所述转接环402的截面为椭圆形，减少与转接法兰401的接触面积，减小热传递。

在一些实施例中，参考图1，所述加载组件1包括：承载立柱101；液压作动筒102，与所述承载立柱101固定，被配置为向所述模拟舵轴202提供模拟气动载荷；拉力传感器103，一端与所述液压作动筒102连接，另一端与所述加载杆205连接，被配置为检测所述液压作动筒102加载的所述模拟气动载荷的载荷信息。

进一步地，所述加载组件1还包括链条，所述链条一端与承载立柱101连接，另一端与所述液压作动筒102连接，被配置为拉紧所述液压作动筒102，并使所述液压作动筒102与所述模拟舵轴202位于同一水平面。

具体的，所述加载组件1包括承载立柱101、液压作动筒102、链条、拉力传感器103，主要对模拟转动组件2提供模拟气动载荷。承载立柱101通过地脚螺栓固定在试验台基座上，为液压作动筒102提供安装和支撑条件。液压作动筒102的一端通过转接接头固定在承载立柱101上，液压作动筒102的另一端通过第一双头螺柱与拉力传感器103的一端连接，同时，拉力传感器103的另一端通过第二双头螺柱与双耳接头104连接，双耳接头104与所述加载杆205通过螺栓连接，实现对模拟转动组件2的加载。通过链条对液压作动筒102进行限位，使液压作动筒102保持水平状态。

通过地脚螺栓将承载立柱101安装在试验台基座上之后，将液压作动筒102安装在承载立柱101侧面，并确保液压作动筒102加载方向与模拟舵轴202在同一水平位置，然后通过链条将液压作动筒102保持在该位置。通过第一双头螺柱将拉力传感器103固定在液压作动筒102上，拉力传感器103可以读取液压作动筒102加载的拉力值。

通过调节加载杆205的位置，实现加载组件1与模拟转动组件2之间的对接。在正式检测之前，先通过液压作动筒102向所述模拟舵轴202加载一定的预紧力，然后使用力矩扳手测试所述模拟舵轴202的转动是否正常，在确认模拟舵轴202的转动无任何卡滞情况下液压作动筒102卸载，可以使用本装置进行后续的燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试。

基于同一发明构思，参考图12，本申请还提供了一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试方法，包括：

步骤S101、通过加热组件3对所述模拟舵轴202进行加热，至所述模拟舵轴202升温至预设温度。

具体的，在所述液压作动筒102空载的情况下，启动步进电机507，步进电机507带动减速器506、扭矩传感器502以及模拟舵轴202转动，当转动过程平稳、无冲击、无卡滞等情况时表明各组件对接良好，可以开展摩擦力矩测试试验。

加热环308通过加热控制回路与温度控制箱连接，实现对模拟舵轴202的快速加热，在所述模拟舵轴202靠近所述扭矩传感器502的位置上粘贴热电偶，用于监控模拟舵轴202的升温情况，监测模拟舵轴202的温度。

步骤S102、通过加载组件1将所述模拟舵轴202加载至预设的模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的模拟载荷信息。

具体的，当热电偶温度达到预设温度后，液压作动筒102开始加载，通过液压作动筒102将所述模拟舵轴202加载至预设的模拟气动载荷。所述预设的模拟气动载荷可以为一个，也可以为多个，用于模拟实际工作条件下的气动载荷。测试过程中，测试多个模拟气动载荷条件下的摩擦力矩，可以提高检测的准确性和可靠性。

本实施例中，所述模拟气动载荷的条件分别为燃气舵在典型工况下的气动载荷，以燃气舵舵轴转动0°、10°、20°、30°所对应的4种工况为例，测定所述模拟舵轴202分别在转动0°(以下简称“工况1”)、10°(以下简称“工况2”)、20°(以下简称“工况3”)、30°(以下简称“工况4”)条件下的摩擦力矩。需要注意的是，每个条件对应的模拟气动载荷不同，因此，每个条件对应的液压作动筒102施加的载荷大小也不同。

液压作动筒102加载时，首先向所述模拟舵轴202施加一个较小的预紧力，确保整个装置工作正常，然后将液压作动筒102加载至工况1对应的模拟气动载荷，即燃气舵在0°对应的气动载荷，在该工况1下对模拟舵轴202的模拟摩擦力矩进行检测。待工况1下的测试完成之后，再将将液压作动筒102加载至工况2对应的模拟气动载荷，即燃气舵在10°对应的气动载荷，在该工况2下对模拟舵轴202的模拟摩擦力矩进行测试。待工况2下的测试完成之后，再分别对工况3、工况4条件下的模拟摩擦力矩进行测试，直至所有工况下的检测均完成。

在测试过程中，通过所述拉力传感器103测量所述模拟气动载荷的模拟载荷信息，确保准确加载。

步骤S103、通过测量驱动组件5驱动所述模拟舵轴202转动，并检测所述模拟舵轴202转动时的模拟摩擦力矩。

具体的，首先，通过所述测量驱动组件5驱动所述模拟舵轴202依次进行逆时针转动和顺时针转动；然后，分别检测所述模拟舵轴202进行逆时针转动时的逆摩擦力矩和所述模拟舵轴202进行顺时针转动时的顺摩擦力矩；最后，通过所述逆摩擦力矩和所述顺摩擦力矩计算所述模拟摩擦力矩。

以工况1为例，当将液压作动筒102加载至工况1对应的模拟气动载荷，即燃气舵在0°对应的气动载荷后，对步进电机507输入控制指令，依次逆时针和顺时针转动所述模拟舵轴202，并通过所述扭矩传感器502分别记录所述逆摩擦力矩和所述顺摩擦力矩。

工况1条件下的测试结束之后，依次按照相同的方法对工况2、工况3、工况3条件下的模拟舵轴202的模拟摩擦力矩进行测试。

值得注意的是，试验过程中，步进电机507转速始终保持在一定数值，不考虑电机转速变化对扭矩值的影响。

完成全部工况下的模拟摩擦力矩测试后，液压作动筒102卸载，步进电机507停止转动，保存液压作动筒102的加载数据以及摩擦力矩的测试数据。

试验结束后，得到舵轴转动机构摩擦力矩测试系统在多个载荷工况下的逆摩擦力矩和顺摩擦力矩，参考图13。由图13可知，在每种工况下，由于电机转动方向的不同，获得的摩擦力矩有正负之分。

将工况1、工况2、工况2和工况4条件下的逆摩擦力矩求平均值，得到最终逆摩擦力矩；同样将工况1、工况2、工况2和工况4条件下的顺摩擦力矩求平均值，得到最终顺摩擦力矩。为了确保计算结果的可靠性，将所述最终逆摩擦力矩和最终顺摩擦力矩中绝对值较大的数值作为所述模拟摩擦力矩，记为Q_F,i(i＝1,2,...,n)。其中，i为每种工况的简称。

步骤S104、基于所述模拟载荷信息、所述模拟摩擦力矩和所述模拟舵轴202实际工装状态下的轴向力计算所述模拟舵轴202的实际摩擦力矩。

具体的，首先，基于所述模拟载荷信息和所述模拟摩擦力矩计算所述模拟舵轴202的实际摩擦系数；然后，基于所述实际摩擦系数和所述模拟舵轴202实际工装状态下的轴向力计算所述模拟舵轴202的实际摩擦力矩。

在加载情况下，各轴承的受力情况如图14所示。由图14可知，通过本装置测试得到的模拟摩擦力矩是3个轴承(第一轴承207、第二轴承208和第三轴承209)的模拟摩擦力矩之和。而在实际工作状态下，仅有第一轴承207和第二轴承208产生摩擦力矩，因此需要计算出第一轴承207和第二轴承208的受力情况以及实际摩擦系数后，才能计算模拟舵轴202的实际摩擦力矩。

假定该测试装置的第一轴承207、第二轴承208和第三轴承209的摩擦系数相等，并记为μ_B，且各自的半径记为R_j(j＝1,2,3)。

由图13并根据各轴承的受力分析，可以得到各工况下的模拟摩擦力矩Q_F,i、支撑力以及轴承尺寸参数之间的关系，如下述公式(1)、公式(2)、公式(3)所示：

F_1,i＝F_N,i(y₁/y₂) 公式(1)

F_2,i＝F_Ni[(y₁+y₂)/y₂] 公式(2)

Q_F,i＝μ_B,iR₁F_1,i+μ_B,iR₂F_2,i+μ_B,iR₃F_N,i 公式(3)

式中，F_1,i、F_2,i分别表示第一轴承207和第二轴承208在第i个载荷工况下的轴向力，F_N,i表示第三轴承209在第i个载荷工况下的轴向力，即第i个载荷工况下的液压作动筒102加载的拉力；y₁表示第三轴承209到第二轴承208的距离；y₂表示第一轴承207到第二轴承208的距离；μ_B,i表示在第i个载荷工况下的摩擦系数。

由公式(1)至公式(3)可以计算得到第i个载荷工况下的对应的实际摩擦系数：

μ_B,i＝Q_F,i/{F_N,i·[R₁(y₁/y₂)+R₂(y₁+y₂)/y₂+R₃)]} 公式(4)

将工况1下的实际摩擦系数称为第一摩擦系数，将工况2下的实际摩擦系数称为第二摩擦系数，将工况3下的实际摩擦系数称为第三摩擦系数，将工况4下的实际摩擦系数称为第四摩擦系数。为了提高测试结果的准确性，选择所述第一摩擦系数、第二摩擦系数、第三摩擦系数、第四摩擦系数中的最大值作为该装置最终的实际摩擦系数，即μ_B＝max(μ_B,i)。

最后，基于最终的实际摩擦系数和所述模拟舵轴202实际工装状态下的轴向力计算所述模拟舵轴202的实际摩擦力矩。

模拟舵轴202即燃气舵舵轴转动机构在实际工作状态下的实际摩擦力矩为：

式中，F₁与F₂分别表示第一轴承207和第二轴承208在实际工装状态下的轴向力。

依据本测试装置及测试方法可以同时检测并计算燃气舵舵轴转动机构在高温、大载荷的条件下的实际摩擦力矩，得到的实验结果为设计燃气舵系统及其伺服机构提供精确可信的输入条件；同时在节约试验成本并提高试验效率的前提下，解决了在试验室条件下难以评估燃气舵舵轴转动机构摩擦力矩的问题。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩的测试装置，其特征在于，包括：

模拟转动组件，包括模拟舵轴，被配置为模拟燃气舵的舵轴转动机构；

加载组件，与所述模拟舵轴连接，被配置为向所述模拟转动组件提供模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的载荷信息；

加热组件，与所述模拟转动组件连接，被配置为加热所述模拟舵轴；

测量驱动组件，与所述模拟舵轴连接，被配置为驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩；

所述模拟转动组件还包括：

轴承支座，与所述模拟舵轴转动连接；

加载杆，一端与所述模拟舵轴转动连接，另一端与所述加载组件连接，所述加载杆与所述轴承支座之间设有所述加热组件；

所述模拟转动组件还包括间隔设置的第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述模拟舵轴通过所述第一轴承和所述第二轴承与所述轴承支座转动连接，所述模拟舵轴通过所述第三轴承与所述加载杆转动连接；

所述加热组件包括：

外壳骨架，与所述模拟转动组件连接，所述舵轴穿过所述外壳骨架；

加热环，位于所述外壳骨架内，与所述模拟舵轴同轴设置，且所述加热环的内壁与所述模拟舵轴的外壁之间有空隙，被配置为加热所述模拟舵轴；

隔热套，与所述加热环同轴设置，位于所述外壳骨架和所述加热环之间；

所述测量驱动组件包括：

扭矩传感器，与所述模拟舵轴连接，被配置为测量所述模拟舵轴转动时的摩擦力矩；

驱动结构，与所述扭矩传感器连接，被配置为驱动所述模拟舵轴和所述扭矩传感器一起转动；

所述加载组件包括：

承载立柱；

液压作动筒，与所述承载立柱固定，被配置为向所述模拟舵轴提供模拟气动载荷；

拉力传感器，一端与所述液压作动筒连接，另一端与所述加载杆连接，被配置为检测所述液压作动筒加载的所述模拟气动载荷的载荷信息；

链条，一端与承载立柱连接，另一端与所述液压作动筒连接，被配置为拉紧所述液压作动筒，并使所述液压作动筒与所述模拟舵轴位于同一水平面。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括转接组件，位于所述测量驱动组件和所述模拟转动组件之间，所述转接组件包括转接法兰，所述转接法兰位于所述轴承支座和所述扭矩传感器之间，并与所述模拟舵轴远离所述加载杆的端部连接，被配置为在所述驱动结构的驱动下，与所述模拟舵轴和所述扭矩传感器一起转动。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述转接法兰内设有转接环，所述转接环内设有转接块，所述转接块与所述转接环之间有凹槽，所述模拟舵轴远离所述加载杆的端部插入所述凹槽后与所述转接环抵接。

4.一种利用权利要求1至3任一项所述的测试装置对燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩进行测试的方法，其特征在于，包括：

通过加热组件对所述模拟舵轴进行加热，至所述模拟舵轴升温至预设温度；

通过加载组件将所述模拟舵轴加载至预设的模拟气动载荷，并检测所述模拟气动载荷的模拟载荷信息；

通过测量驱动组件驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩；

基于所述模拟载荷信息、所述模拟摩擦力矩和所述模拟舵轴实际工装状态下的轴向力计算所述模拟舵轴的实际摩擦力矩。

5.根据权利要求4所述的对燃气舵舵轴转动机构的摩擦力矩进行测试的方法，其特征在于，通过测量驱动组件驱动所述模拟舵轴转动，并检测所述模拟舵轴转动时的模拟摩擦力矩，包括：

通过所述测量驱动组件驱动所述模拟舵轴依次进行逆时针转动和顺时针转动；

分别检测所述模拟舵轴进行逆时针转动时的逆摩擦力矩和所述模拟舵轴进行顺时针转动时的顺摩擦力矩；

通过所述逆摩擦力矩和所述顺摩擦力矩计算所述模拟摩擦力矩。