CN209372302U - 固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台及系统，固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体，在台体上沿垂直方向叠设转接推力架，围绕所述的转接推力架在台体内设置多个压电式传感器。可以获取固体火箭发动机在点火、堵盖打开和飞行过程中的侧向力、主推力偏心距和偏心角的动态数据，为后续的设计和制造提供最直接的依据，各项参数的测量不确定度≤1.5％，系统响应时间≤0.2ms。

Description

固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台及系统

技术领域

本实用新型专利属于测试技术领域，涉及固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统。

背景技术

固体火箭发动机侧向力测试属于瞬态脉冲矢量测试，目前常用的方式是六分力测量。传统的六分力试验台通过测量空间矢量在直角坐标系X、Y、Z轴上的各分力和绕各轴的转矩来测量固体发动机的轴向推力偏心值，主要用于固体火箭发动机地面静置试验中的侧向力测试。六分力测量方法由于其传感器采用应变式传感器，系统的固有频率低，系统的串扰严重，系统的整体测试不确定度不高，无法满足固体火箭发动机高精度和动态测试的技术要求。固体火箭发动机工作时间短，在点火、堵盖打开和工作过程中，侧向力的大小直接影响到发动机的主推力偏心角，偏心距和偏心力矩，一旦侧向力过大，将影响武器击中目标。目前采用的六分力测量方法无法取得固体火箭发动机侧向力的动态参数，只能获取静态参数，也无法动态测量固体火箭发动机在点火、堵盖打开和飞行过程中的侧向力、主推力偏心角、偏心距和偏心力矩。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型目的是提供固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台及系统，解决目前的数据采集系统不能连续、高精度的采集数据的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体，在台体上沿垂直方向叠设转接推力架，围绕所述的转接推力架在所述的台体内设置多个压电式传感器。

可选的，所述的多个压电式传感器至少为四个。

可选的，所述的多个压电式传感器为四个，四个压电式传感器的设置位置顺次连线形成规则的四边形。

可选的，所述的转接推力架为顶面面积较大的法兰构件。

可选的，所述的台体为板式台体或框架式试验平台。

一种固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，所述的系统中安装有本公开所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台。

可选的，所述的系统还包括原位校准装置，原位校准装置以所述的多个压电式传感器的中心点为原点，以x轴、y轴和z轴为布置方向围绕所述台体进行布置；

其中x轴方向的原位校准装置和y轴方向的原位校准装置设置在所述的台体上；z轴方向的原位校准装置设置在所述的台体下；原位校准装置对压电式传感器进行力的校准。

可选的，还包括底座、实验台架、电控箱和数据采集箱，实验台架放置在底座上，所述的台体放置在所述的实验台架上，电控箱供电，数据采集箱采集压电式传感器和原位校准装置的输出信号。

可选的，所述的压电式传感器为9347C型压电式传感器；原位校准装置中使用的力传感器的型号为1500ASK-500N型；所述的数据采集箱中的数采卡为PXIe6358数采卡。

优选的，包括固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台、原位校准装置、底座、实验台架、电控箱和数据采集箱；

实验台架放置在底座上，所述的台体放置在所述的实验台架上，电控箱供电，数据采集箱采集压电式传感器和原位校准装置的输出信号；

固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体，在台体上沿垂直方向叠设转接推力架，围绕所述的转接推力架在所述的台体内设置四个压电式传感器，四个压电式传感器的设置位置顺次连线形成规则的四边形。

本实用新型的有益效果是：

通过本实用新型的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台及系统，可以获取固体火箭发动机在点火、堵盖打开和飞行过程中的侧向力、主推力偏心距和偏心角的动态数据，依此为依据，为后续的数据分析、设计和制造提供最直接的依据。各项参数的测量不确定度≤1.5％，系统响应时间≤0.2ms。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本实用新型的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台结构示意图；

图2为本实用新型的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统结构示意图；

图中各标号表示为：1-台体、1-1压电式传感器、2-转接推力架、3-发动机、4-数据采集箱、5-电控箱、6-第一原位校准装置、7-第二原位校准装置、8-第三原位校准装置、9-底座、10-实验台架。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

结合图1，本实用新型给出了固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体1，在台体1上沿垂直方向叠设转接推力架2，围绕转接推力架2在台体1内设置多个压电式传感器1-1。比如，压电式传感器1-1可以为压电石英传感器，最好的，本公开的压电式传感器为三向力压电式传感器，在本平台中布置了多个测点，每个测点安装一个压电式传感器1-1。多个压电式传感器1-1的输出为电荷信号，需要经过电荷放大器转为电压信号被采集卡接收。为了保证多个压电式传感器1-1的精度和良好的线性，通过螺栓对内部压电式传感器1-1施加预紧力，预紧力可以消除传感器非线性区，保证传感器良好的线性稳定性，提高了测试准确性。

在本公开的实施例中，多个压电式传感器1-1至少为四个，理论上，可以根据实际数据采集的要求(比如数据的复杂程度、数据的采集种类等)进行多个压电式传感器1-1 的设置，但是从经济和数据采集的角度考虑，至少要进行四个压电式传感器1-1的设置。

最好的，多个压电式传感器1-1为四个，四个压电式传感器1-1的设置位置顺次连线形成规则的四边形。此处的四边形可以为矩形、正方形、长方形、菱形等。位置越规则、采集的数据越准确。四个压电式传感器1-1可以将施加的力分解为12个分力(分别沿x、y和z轴进行力的分解)输出，分别为Fx1-Fx4、Fy1-Fy4和Fz1-Fz4。

在本公开的实施例中，转接推力架2为顶面面积较大的法兰构件，顶面上放置待测试的发动机3，还可以，比如，在台体1上安装一个推力架(法兰构件)，在推力架上安装一个配合发动机3的转接法兰，发动机3安装在转接法兰上，即相当于两个顶面贴合的法兰构件形成一个转接推力架。顶面的大小可以根据不同的固体火箭发动机的大小进行设定。转接推力架2是产品和压电式传感器之间的连接件，测试时将推力刚性传递到压电式传感器1-1上。转接推力架2与产品安装时应具有较高的同轴度，并保证与产品安装时尽量达到无间隙配合；通过转接推力架2的局部更换分别适应不同型号的产品。

台体1为板式台体或框架式试验平台。框架式试验平台采用上下平板和力柱支撑框架结构形式，使用结构钢材料设计，焊接后经加压、热处理、振动时效处理后整体加工成型，保证其足够的刚度。

在本公开的实施例中，还公开了固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，系统中安装有本公开的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台。

固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统还包括原位校准装置，原位校准装置以多个压电式传感器1-1的中心点为原点，以x轴、y轴和z轴为布置方向围绕台体 1进行布置；其中x轴方向的原位校准装置和y轴方向的原位校准装置设置在台体1上； z轴方向的原位校准装置设置在台体1下；原位校准装置对压电式传感器1-1进行力的校准。原位校准装置是对固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台进行模拟实际工作状态的静态校准，用来消除试验台固有的静态装配间隙和误差。比如可以采用 CN201410768141.8“直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置”中提到的校准装置，校准装置是通过标准力源分别在标准力传感器施加不同标准力，针对系统的X轴、 Y轴和Z轴三个方向分别进行。

还包括底座9、实验台架10、电控箱5和数据采集箱4，实验台架10放置在底座9 上，台体1放置在实验台架10上，电控箱5供电，数据采集箱4采集压电式传感器1-1 和原位校准装置的输出信号。比如，在本公开的实施例中，压电式传感器1-1为9347C 型压电式传感器；原位校准装置中使用的力传感器的型号为1500ASK-500N型；数据采集箱4中的数采卡为PXIe6358数采卡。

结合图2，本公开一种优选的实施方案是在上述方案的基础上，包括固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台、原位校准装置、底座9、实验台架10、电控箱5和数据采集箱4；实验台架10放置在底座9上，台体1放置在实验台架10上，电控箱5 供电，数据采集箱4采集压电式传感器1-1和原位校准装置的输出信号；固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体1，在台体1上沿垂直方向叠设转接推力架2，围绕转接推力架2在台体1内设置四个压电式传感器1-1，四个压电式传感器1-1 的设置位置顺次连线形成规则的四边形。

本公开研制了一种不同于传统六分力试验台的高刚度立式多分力试验台，解决了传统试验台调校复杂，响应频率低，不确定度低等不足问题。整个系统响应时间0.2ms，系统测试不确定度小于1.5％。

下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。

实施例一：

结合图1，固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台包括台体1，压电式传感器1-1有四个，沿矩形的四个顶点方向埋设在台体1中，在台体1上安装一个转接推力架2(即转接法兰)，在转接法兰上安装一个配合发动机的小型转接法兰，发动机3 安装在小型法兰上。压电式传感器1-1的输出接入数据采集箱4，数据采集箱4中安装 PXIe6358数采卡；压电式传感器为9347C型压电式传感器，每颗压电式传感器能够承受的压力/拉力≥30000N，侧向力≥20000N，固有频率≥3KHz。

实施例二：

如图2，在实施例一的基础上：

实验台架10安装在底座9(铸铁平台)上，试验台架10采用高强度碳钢制作，弹性模量≥1.43e^11。

第一原位校准装置6沿X轴(四个压电式传感器1-1的中心为原点)设置在实验台架10上，第二原位校准装置7沿Y轴设置在实验台架10上，第三原位校准装置8沿Z 轴安装在底座9上。

电控箱和数据采集箱布置在底座附件3米处，通过电缆连接。

本实施例中的原位校准装置采用CN201410768141.8“直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置”中提到的校准装置，原位校准装置中使用的力传感器的型号为1500ASK-500N型。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，其特征在于，包括台体(1)，在台体(1)上沿垂直方向叠设转接推力架(2)，围绕所述的转接推力架(2)在所述的台体(1)内设置多个压电式传感器(1-1)。

2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，其特征在于，所述的多个压电式传感器(1-1)至少为四个。

3.根据权利要求1所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，其特征在于，所述的多个压电式传感器(1-1)为四个，四个压电式传感器(1-1)的设置位置顺次连线形成规则的四边形。

4.根据权利要求1、2或3所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，其特征在于，所述的转接推力架(2)为法兰构件。

5.根据权利要求1、2或3所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，其特征在于，所述的台体(1)为板式台体或框架式试验平台。

6.一种固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，其特征在于，所述的系统中安装有权利要求1-4任一权利要求所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台。

7.根据权利要求6所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，其特征在于，所述的系统还包括原位校准装置，原位校准装置以所述的多个压电式传感器(1-1)的中心点为原点，以x轴、y轴和z轴为布置方向围绕所述台体(1)进行布置；

其中x轴方向的原位校准装置和y轴方向的原位校准装置设置在所述的台体(1)上；z轴方向的原位校准装置设置在所述的台体(1)下；原位校准装置对压电式传感器(1-1)进行力的校准。

8.根据权利要求6所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，其特征在于，还包括底座(9)、实验台架(10)、电控箱(5)和数据采集箱(4)，实验台架(10)放置在底座(9)上，所述的台体(1)放置在所述的实验台架(10)上，电控箱(5)供电，数据采集箱(4)采集压电式传感器(1-1)和原位校准装置的输出信号。

9.根据权利要求8所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，其特征在于，所述的压电式传感器(1-1)为9347C型压电式传感器；原位校准装置中使用的力传感器的型号为1500ASK-500N型；所述的数据采集箱(4)中的数采卡为PXIe6358 数采卡。

10.根据权利要求6所述的固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集系统，其特征在于，包括固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台、原位校准装置、底座(9)、实验台架(10)、电控箱(5)和数据采集箱(4)；

实验台架(10)放置在底座(9)上，所述的台体(1)放置在所述的实验台架(10)上，电控箱(5)供电，数据采集箱(4)采集压电式传感器(1-1)和原位校准装置的输出信号；

固体火箭发动机高精度侧向力动态数据采集平台，包括台体(1)，在台体(1)上沿垂直方向叠设转接推力架(2)，围绕所述的转接推力架(2)在所述的台体(1)内设置四个压电式传感器(1-1)，四个压电式传感器(1-1)的设置位置顺次连线形成规则的四边形。