CN219161623U - 火箭发动机试车推力测量及校验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种火箭发动机试车推力测量及校验系统，其包括工作力传感器、标准力传感器、数据采集主机、电气控制子系统和液压子系统。工作力传感器设置在推力架系统中推力架定架上，其用于检测推力架系统中发动机施加在推力架上的推力；工作力传感器和标准力传感器均与数据采集主机连接，数据采集主机与电气控制子系统连接；标准力传感器与电气控制子系统连接，电气控制子系统与液压子系统连接；标准力传感器设置在液压子系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中液压子系统通过推力架系统中的传力装置施加在推力架上的力。本实用新型能够精简硬件设备，布置更加合理，可靠性更高。

Description

火箭发动机试车推力测量及校验系统

技术领域

本实用新型属于火箭发动机试车领域，具体涉及一种火箭发动机试车推力测量及校验系统。

背景技术

在火箭发动机地面试车中，需要对发动机稳定段的平均推力进行测量，其基本测量方法是将发动机产生的推力经过试车架上的传感器传递到测量系统后记录下来。由于推力从发动机到传感器的传递过程中受很多因素影响，因此为了保证测量数据的准确性，还需要在试车前后对推力测量系统进行现场校准。即在试车现场施加标准力，使测量系统中各机械部件产生与发动机试车时相同的形变，记录施加的标准力值与测量系统中工作力传感器的输出值，得到推力传递函数。发动机试车时根据此推力传递函数计算出发动机产生的推力大小。

现有的试车台推力测量系统包括推力架系统、测量系统和校准系统三部分，其结构原理图如图1所示。测量系统与校准系统独立运行，测量系统布置在测控间，工作力传感器的输出信号通过电缆到达测控间的数据采集主机。校准系统布置在试车间，用以设定标准力值施加到推力架。校准系统包括电气控制系统、液压系统和标准力显示主机，标准力传感器的输出信号通过信号调理装置反馈给电气控制系统。当标准力值达到一个设定点时，现场操作人员告知测量操作人员记录此刻的工作力传感器的输出电压。

现有的试车台推力测量系统存在以下问题：由于测量系统和校准系统彼此独立，两套系统中都使用了采集和记录的计算机等装置，存在一定的功能重复；并且校准系统放置于现场，设备损坏风险很大；校准系统施加的力值达到设定值后需要通过现场操作人员与远端数据采集人员口头确认，使推力校验流程更加复杂，校准系统设定力值与执行机构实际施加的力值存在一定误差，使整个测量系统误差增加。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供了一种火箭发动机试车推力测量及校验系统。

根据本实用新型实施例，本实用新型提供了一种火箭发动机试车推力测量及校验系统，其包括工作力传感器、标准力传感器、数据采集主机、电气控制子系统和液压子系统；

所述工作力传感器设置在推力架系统中推力架定架上，其用于检测推力架系统中发动机施加在推力架上的推力；

所述工作力传感器和标准力传感器均与所述数据采集主机连接，所述数据采集主机与电气控制子系统连接；所述标准力传感器与电气控制子系统连接，所述电气控制子系统与液压子系统连接；

所述标准力传感器设置在所述液压子系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中所述液压子系统通过推力架系统中的传力装置施加在推力架上的力。

上述火箭发动机试车推力测量及校验系统中，所述数据采集主机包括NI采集机箱、第一信号调理装置和第二信号调理装置；所述第一信号调理装置包括模拟量采集卡和数字量输入输出卡，所述NI采集机箱通过所述模拟量采集卡与所述工作力传感器连接，通过所述第二信号调理装置与所述标准力传感器连接，通过所述数字量输入输出卡与所述电气控制子系统连接。

进一步地，所述电气控制子系统包括PLC，所述PLC通过所述数字量输入输出卡与所述NI采集机箱连接，所述PLC通过其内部设置的D\A模块与所述液压子系统连接，所述PLC通过所述第二信号调理装置与所述标准力传感器连接。

更进一步地，所述液压子系统包括伺服阀、液压油缸和油箱，所述伺服阀通过所述D\A模块与所述PLC连接，所述伺服阀和与所述油缸连接，所述油缸与油箱连接，所述标准力传感器用于检测所述油缸产生的推力。

上述火箭发动机试车推力测量及校验系统中，所述工作力传感器采用精度为0.05％的传感器。

上述火箭发动机试车推力测量及校验系统中，所述标准力传感器采用HBM品牌精度为0.05％的C10传感器。

上述火箭发动机试车推力测量及校验系统中，所述采用NIPXIe采集机箱。

进一步地，所述PLC中设置有PID算法。

上述火箭发动机试车推力测量及校验系统中，所述电气控制子系统对所述液压子系统进行闭环控制。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本实用新型提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统中设置有工作力传感器、标准力传感器、信号调理装置、数据采集主机、电气控制子系统和液压子系统；工作力传感器和标准力传感器均通过信号调理装置与数据采集主机连接，数据采集主机与电气控制子系统连接；标准力传感器与电气控制子系统连接，电气控制子系统与液压子系统连接；液压子系统通过推力架系统中的传力装置向推力架上施加推力。本实用新型将现有技术中的测量系统和校验系统整合成一套系统，简化了现有试车台推力测量系统的结构，提高了系统的使用安全性，能够完成试车过程中发动机推力测量和试车前后的推力架系统自动校准。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其示出了本实用新型的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为现有的试车台推力测量系统的结构框图。

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种火箭发动机试车推力测量及校验系统的结构示意图之一。

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种火箭发动机试车推力测量及校验系统的结构示意图之二。

附图标记说明：

1、工作力传感器；

2、标准力传感器；

3、数据采集主机；31、NI采集机箱；32、第一信号调理装置；321、模拟量采集卡；322、数字量输入输出卡；33、第二信号调理装置；

4、电气控制子系统；41、PLC；

5、液压子系统；51、伺服阀；52、液压油缸；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

如图2所示，本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统包括工作力传感器1、标准力传感器2、数据采集主机3、电气控制子系统4和液压子系统5。其中，工作力传感器1设置在推力架系统中推力架定架上，其用于检测推力架系统中发动机施加在推力架上的推力。

工作力传感器1和标准力传感器2均与数据采集主机3连接，数据采集主机3与电气控制子系统4连接。标准力传感器2与电气控制子系统4连接，电气控制子系统4与液压子系统5连接，标准力传感器2设置在液压子系统5中的液压油缸上，其用于检测校验过程中液压子系统5通过推力架系统中的传力装置施加在推力架上的力。试车时标准力传感器2不工作。

如图3所示，数据采集主机3作为中央控制器，其包括NI采集机箱31、第一信号调理装置32和第二信号调理装置33。其中，第一信号调理装置32包括模拟量采集卡321和数字量输入输出卡322。NI采集机箱31通过模拟量采集卡321采集、记录工作力传感器1输出的检测结果，通过第二信号调理装置33采集标准力传感器2输出的检测结果。推力校验时，NI采集机箱31通过数字量输入输出卡322将预设标准力值传输给电气控制子系统4，并根据接收到的标准力传感器2的检测结果判断当前通过液压子系统5施加在推力架系统中的力是否达到预设力值。如果是，则记录此刻工作力传感器1和标准力传感器2的输出结果，将下一个预设力值传输给电气控制子系统4。

电气控制子系统4用于接收预设标准力值，并根据预设标准力值控制液压子系统5通过传力装置给推力架施加轴向推力，以模拟发动机试车时产生的推力；电气控制子系统4还用于接收标准力传感器2输出的检测结果，以判断标准力传感器2输出的检测结果是否达到预设力值。

具体地，如图3所示，电气控制子系统4包括可编程控制器PLC41。PLC41通过数字量输入输出卡322与NI采集机箱31连接。PLC41通过其内部设置的D\A模块与液压子系统5连接。PLC41通过第二信号调理装置33与标准力传感器2连接。PLC41具备反馈调节功能，其根据标准力传感器2输出的检测结果控制液压子系统5产生推力。

如图3所示，液压子系统5包括伺服阀51、液压油缸52和油箱(图中未示出)等装置。电气控制子系统4通过伺服阀51控制液压油缸52产生推力，推力通过传力装置作用到推力架上，此时工作力传感器1和标准力传感器2受力形变输出电信号。

本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统的工作原理为：

当进行推力校验时，运行数据采集主机3上的自动推力校验程序，并在该程序中输入预设力值和校验循环次数。数据采集主机3将预设力值逐一发送给电气控制子系统4中的可编程控制器PLC41，PLC41根据接收到的预设力值通过DA模块输出控制电压。液压子系统5根据控制电压通过伺服阀51控制液压油缸52产生推力。标准力传感器2检测该推力的大小，经过调理后反馈给数据采集主机3和PLC41。PLC41利用其内部设置的PID算法将推力稳定在设定范围。数据采集主机3采集此刻工作力传感器1和标准力传感器2的输出电压，采集完成后给PLC41发送下一个预设力值，如此循环直到达到预设的校验循环次数。

数据采集主机3获取标准力传感器2与工作力传感器1输出的一列数组，根据标准力传感器2的输出电压换算得到实际施加的标准力大小，将实际施加的标准力与工作力传感器1得到的发动机产生的推力进行线性拟合，得到力传递函数。

进行点火试车时，运行数据采集主机3上的数据采集程序，采集工作力传感器1的输出电压，通过得到的力传递函数进行换算，得到最终发动机轴向推力值。

在一个具体的实施例中，工作力传感器1可以选择国产品牌传感器，精度为0.05％。工作力传感器1输出模拟量电压信号，通过测量电缆送入模拟量采集卡321。工作力传感器1输出的电压值与推力大小成线性关系。

标准力传感器2可以选用HBM品牌C10传感器，精度为0.05％，标准力传感器2的输出信号送入HBMBM401E高精度信号调理装置3。

数据采集主机3采用NIPXIe采集机箱，配置有模拟量采集卡321和数字量输入输出卡322。模拟量采集卡321用于采集工作力传感器1的输出信号以及信号调理装置3的输出信号，数字量输入输出卡322用于将预设标准力值发送给电气控制子系统4中的PLC41。

电气控制子系统4中的PLC41接收预设标准力值后，通过控制液压子系统5中的伺服阀51，给油缸供油，产生推力。标准力传感器2输出的推力反馈给PLC41，以进行闭环控制。PLC41带有PID模块，把标准力传感器2输出的推力调节至目标值。同时，NIPXIe采集机箱采集标准力传感器2和工作力传感器1的输出信号，并且实时判断标准力传感器2输出的力值是否在目标力值偏差范围以内。如果在，则记录此刻标准力传感器2输出的实际力值以及工作力传感器1输出的电压，单点校准完毕，并将下一个预设标准力值发送给电气控制子系统4，如此直到所有校准点校准完毕。

本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统在不改变推力架系统的情况下，将原有的测量系统和校准系统合并简化。数据采集主机既能够采集工作力传感器的输出结果，也能够采集标准力传感器的输出结果，并判断是否达到设计力值，给电气控制子系统中的PLC41发送指令，控制标准力大小，形成闭环控制。

本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统通过将原来独立的测量系统和校准系统结合形成闭环反馈系统，能够精简硬件设备，布置更加合理，可靠性更高。

本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统通过闭环反馈系统实现自动推力校验，能够优化校验和测量流程、减少操作人员工作量、提高推力校验的效率和精度。

本实用新型实施例提供的火箭发动机试车推力测量及校验系统通过用标准力传感器2输出的实际力值代替预设标准力值值，能够减少误差环节，提高推力测量精确度。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，包括工作力传感器、标准力传感器、数据采集主机、电气控制子系统和液压子系统；

所述工作力传感器设置在推力架系统中推力架定架上，其用于检测推力架系统中发动机施加在推力架上的推力；

所述工作力传感器和标准力传感器均与所述数据采集主机连接，所述数据采集主机与电气控制子系统连接；所述标准力传感器与电气控制子系统连接，所述电气控制子系统与液压子系统连接；

所述标准力传感器设置在所述液压子系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中所述液压子系统通过推力架系统中的传力装置施加在推力架上的力。

2.根据权利要求1所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述数据采集主机包括NI采集机箱、第一信号调理装置和第二信号调理装置；所述第一信号调理装置包括模拟量采集卡和数字量输入输出卡，所述NI采集机箱通过所述模拟量采集卡与所述工作力传感器连接，通过所述第二信号调理装置与所述标准力传感器连接，通过所述数字量输入输出卡与所述电气控制子系统连接。

3.根据权利要求2所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述电气控制子系统包括PLC，所述PLC通过所述数字量输入输出卡与所述NI采集机箱连接，所述PLC通过其内部设置的D\A模块与所述液压子系统连接，所述PLC通过所述第二信号调理装置与所述标准力传感器连接。

4.根据权利要求3所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述液压子系统包括伺服阀、液压油缸和油箱，所述伺服阀通过所述D\A模块与所述PLC连接，所述伺服阀和与所述油缸连接，所述油缸与油箱连接，所述标准力传感器用于检测所述油缸产生的推力。

5.根据权利要求1所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述工作力传感器采用精度为0.05％的传感器。

6.根据权利要求1所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述标准力传感器采用HBM品牌精度为0.05％的C10传感器。

7.根据权利要求1所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述数据采集主机采用NIPXIe采集机箱。

8.根据权利要求3所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述PLC中设置有PID算法。

9.根据权利要求1所述的火箭发动机试车推力测量及校验系统，其特征在于，所述电气控制子系统对所述液压子系统进行闭环控制。

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