CN220909843U - 一种火箭发动机推力校验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种火箭发动机推力校验系统，其特征在于，包括被校验传感器、标准传感器、测控系统、液压系统和推力架系统；所述被校验传感器设置在所述推力架系统中推力架的定架上，其用于检测所述液压系统施加在所述推力架系统中推力架上的推力；所述标准传感器设置在所述液压系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中所述液压系统通过传力装置施加在推力架上的推力；所述被校验传感器和标准传感器均与所述测控系统连接，所述测控系统根据从所述被校验传感器测得的推力数据与设定的推力数据进行比较。该校验系统能够实现被校验传感器的校验任务以及分系统的简化。

Description

一种火箭发动机推力校验系统

技术领域

本实用新型涉及火箭发动机领域，具体涉及一种火箭发动机推力校验系统。

背景技术

现有的火箭发动机推力校验系统采用多个复杂的分系统，操作不便且造价高，鉴于此，亟需设计一种分系统结构简单且能够解决校验功能的火箭发动机推力校验系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种火箭发动机推力校验系统。

本实用新型提供一种火箭发动机推力校验系统，其特征在于，包括被校验传感器、标准传感器、测控系统、液压系统和推力架系统；所述被校验传感器设置在所述推力架系统中推力架的定架上，其用于检测所述液压系统施加在所述推力架系统中推力架上的推力；所述标准传感器设置在所述液压系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中所述液压系统通过传力装置施加在推力架上的推力；所述被校验传感器和标准传感器均与所述测控系统连接，所述测控系统根据从所述被校验传感器测得的推力数据与设定的推力数据进行比较。

根据本实用新型的一个实施例，所述液压系统还包括伺服电机、油泵、油箱及换向阀。

根据本实用新型的一个实施例，所述油箱、所述油泵和所述换向阀依次串联连接，所述伺服电机通过作用于所述油泵给所述液压系统增压。

根据本实用新型的一个实施例，所述伺服电机驱动所述油泵，所述油泵出口与所述换向阀的P口连接，所述换向阀的两个出油口A口和B口连接至所述液压油缸。

根据本实用新型的一个实施例，所述测控系统包括依次串联的HMI、PLC以及油电伺服。

根据本实用新型的一个实施例，所述被校验传感器和所述标准传感器的推力数据通过PN总线传入所述PLC。

根据本实用新型的一个实施例，所述测控系统还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器设置在所述PLC与所述油电伺服之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述PLC给定所述伺服驱动器模拟量信号，驱动所述油电伺服产生流量压力。

根据本实用新型的一个实施例，所述PLC中设置有PID算法。

根据本实用新型的一个实施例，所述HMI设置校验参数并与所述PLC进行数据交换。

通过将本实用新型中的火箭发动机推力校验系统中的被校验传感器和标准传感器分别设置在液压系统和推力架系统中，能够实现被校验传感器的校验任务，其中测控系统的简单设置能够实现校验控制的简化。

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

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明实用新型的原理。

图1是本实用新型一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；

图2是本实用新型另一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；

图3是本实用新型再一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；

图4是本实用新型一个实施例的火箭发动机推力校验系统中推力架系统的示意图。

附图标记：

100-被校验传感器，200-标准传感器，300-测控系统，301-HMI，302-PLC，303-油电伺服，304-伺服驱动器，400-液压系统，401-液压油缸，402-伺服电机，403-油泵，404-油箱，405-换向阀，500-推力架系统，501-定架。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

图1是本实用新型一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；图2是本实用新型另一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；图3是本实用新型再一个实施例的火箭发动机推力校验系统的示意图；图4是本实用新型一个实施例的火箭发动机推力校验系统中推力架系统的示意图。

如图1至图4所示，本实用新型提供一种火箭发动机推力校验系统，其特征在于，包括被校验传感器100、标准传感器200、测控系统300、液压系统400和推力架系统500；被校验传感器100设置在推力架系统500中推力架的定架501上，其用于检测液压系统400施加在推力架系统500中推力架上的推力；标准传感器200设置在液压系统400中的液压油缸401上，其用于检测校验过程中液压系统400通过传力装置施加在推力架上的推力；被校验传感器100和标准传感器200均与测控系统300连接，测控系统300根据从被校验传感器100测得的推力数据与设定的推力数据进行比较，以校验被校验传感器。

具体地，本实施例中的火箭发动机推力校验系统利用分布在推力架定架501上的被校验传感器100，消除了火箭发动机系统的传力误差，避免了每次试车前需利用高精度等级的标准传感器200的繁琐工作，实现了对被校验传感器100的快速校准。

其中，液压系统400通过传力装置提供动力传送至推力架系统500的推力架上，标准传感器200设置在液压系统400中的液压油缸401上，其用于检测校验过程中液压系统400通过传力装置施加在推力架上的推力。标准传感器200输出电信号，其大小表征加载力值的大小。被校验传感器100设置在推力架系统500中推力架的定架501上，其用于检测液压系统400施加在推力架系统500中推力架上的推力，即通过推力架上的动架B将推力传递至被校验传感器100上。通常情况下，定架501和动架B之间通过导向轮C约束并导向，推力被固定在推力架系统500的基础结构上的定架501所承载。

在本实施例中，通过测控系统300将标准传感器200的推力Ta与设定的推力Tb进行比较，通过PID调节使得液压系统400模拟发动机的推力误差控制的允许范围内，此时记录被校验传感器100的推力Tc。例如，该过程可以进行7次，此轮校验完成后得到7组设定的推力Tb(1..7)和被校验推力Tc(1..7)，进行数次校准检测后将测得的推力Tc与设定推力Tb通过最小二乘法算出其方程关系，计算得出直线拟合参数k，b。例如，此循环可以进行3轮，得到3组推力数据，计算出3组k，b，判断重复精度是否满足需求。

进一步地，单组设定的推力Tb(1..7)和被校验推力Tc(1..7)通过最小二乘法进行数学优化，通过最小化误差(真实目标对象与拟合目标对象的差)的平方和寻找数据的最佳函数匹配，得到一次曲线函数y＝kx+b中k和b的数值。综合来看，这条直线处于样本数据的中心位置最合理，即能满足精度要求。选择最佳拟合曲线的标准为：使总的拟合误差(即总残差)达到最小。得到的3组推力数据和计算得出的3组k，b参数，再通过计算非线性误差，重复性误差，相对不确定度来判断数据精度是否满足试验需求。

如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，液压系统400还包括伺服电机402、油泵403、油箱404及换向阀405。

根据本实用新型的一个实施例，油箱404、油泵403和换向阀405依次串联连接，伺服电机402通过作用于油泵403给液压系统400增压。

根据本实用新型的一个实施例，伺服电机402驱动油泵403，油泵403出口与换向阀405的P口连接，换向阀405的两个出油口A口和B口连接至液压油缸401。

根据本实用新型的一个实施例，测控系统300包括依次串联的HMI301、PLC302以及油电伺服303。

根据本实用新型的一个实施例，被校验传感器100和标准传感器200的推力数据通过PN总线传入PLC302。

根据本实用新型的一个实施例，测控系统300还包括伺服驱动器304，伺服驱动器304设置在PLC302与油电伺服303之间。

根据本实用新型的一个实施例，PLC302给定伺服驱动器304模拟量信号，驱动油电伺服303产生流量压力。

根据本实用新型的一个实施例，PLC302中设置有PID算法。

根据本实用新型的一个实施例，HMI301设置校验参数并与PLC302进行数据交换。

在一个实施例中，液压系统400包括伺服电机402、油泵403、油箱404及三位五通换向阀405。换向阀405包括进油口P、回油口T、出油口A、出油口B。油泵403的入口通过进油管路与油箱404的出油口连接，油泵403的出口与三位五通换向阀405的进油口P连接，回油口T通过回油管路与油箱404的回油口连接。

其中，液压系统400中的液压油通过油管进入油泵403，油泵403出口与换向阀405的P口连接，两个出油口A口和B口通过并联油管连接到油缸。如图4所示，推力架系统500包括分流阀块、定架501、动架B、与被校验传感器100数量一致的液压油缸401、与被校验传感器100数量一致的标准传感器200。两个分流阀块的一端分别与换向阀405阀的出油口A、出油口B对应连接，其中一个分流阀块的另一端的多个端口分别与液压油缸401的进油腔对应连接，另一个分流阀块的另一端的多个端口分别与液压油缸401的回油腔对应连接，分流阀块用于将一路油路分成两路。液压油缸401分布在动架B的一侧，定架501与动架B之间通过导向轮C约束并导向。被校验传感器100位于定架501与动架B之间且顶在定架501上，标准传感器200位于动架B与液压油缸401之间。

作为实施例的一种，伺服电机402为带齿轮泵的结构。伺服电机402的特点是转矩和转速可控，在校验起压时，即油缸停歇时，伺服电机402通过降低转速，减少流量供给，使系统进入保压状态，从而降低能耗，减少噪音。此时整个系统油液的补充满足抵消系统内漏即可，而不需要通过高压溢流阀让油液留回油箱404，可有效防止液压油温度升高，防止校验各阶段由于温度不同带来校验数据的偏差，从而减少油箱404体积，减小或取消冷却器结构。

在本实施例中，由于伺服电机402直接产生压力和流量，可取消现有技术中校验系统中的电液伺服阀系统，只保留三位四通换向阀405。本申请的推力校验系统，整体结构简单，对油液清洁度和温度要求低，并且伺服电机402具有响应块、扭矩输出线性度高等优点。

其中，HMI是Human Machine Interface的缩写，"人机接口"，也叫人机界面。PLC为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。测控系统300包括PLC302、HMI301、油电伺服303、伺服驱动器304。标准传感器200与被校验传感器100的输出信号通过PN总线接入PLC302。PLC302给定伺服驱动器304模拟量信号，产生流量压力。

此外，测控系统300通过控制液压源的油压输出，液压源利用油泵403给液压系统400增压，通过换向阀405的B口分成两路驱动液压缸产生发动机推力。液压油缸401上设置两台标准传感器200，并通过动架B把力传递到两台被校验传感器100上。标准传感器200上的力信号传回PLC302经过处理产生实测的标准推力Ta，与设定的推力Tb进行比较，通过PID调节，使推力误差在允许范围内，此时记录被校验传感器100推力Tc。

作为实施例的一种，测控系统300通过PLC302给定压力和流量，由伺服驱动器304控制电机转速和扭矩，利用油泵403给液压系统400增压，由三位五通换向阀405输出至分流阀块后分成两路，每路驱动一台液压油缸401，通过调节液压油缸401两腔的油压产生力源，以此模拟加载发动机推力。

具体地，推力自动加载采用闭环控制的方案，加载时，由液压系统400产生恒定压力的液压油，伺服电机402根据控制信号输出液压油，从而油缸输出力值的大小。PLC302内由人工通过HMI301设置了多个校准点，根据设置的校准点向伺服驱动器304发送目标力值参数设定的推力Tb。

其中一个实施例中，推力自动校准过程由PLC302自动完成，通过HMI301输入需要校验点数和推力值，例如设定0kN、200kN、300kN、400kN、500kN、600kN、700kN、800kN共7个校准点。液压系统400启动后，通过PLC302开始自动校准，当标准传感器200推力数值进入合理偏差范围并保持一段时间后，就认为该校准点校准完成后，记录被校验传感器100当前数值。之后可由人工确认或延时自动进入下一个校准点，直至所有校准点完成校准并采集7个校准点的推力数据，至此第一个校验循环完成，进入下一次校验循环，总共循环3次。测得的数据再校验完成后通过最小二乘法自动算出3组K和B参数。

其中，测控系统300只需HMI301和PLC302实现数据采集和压力的PID全闭环控制，实现全自动推力校验，得到的校验数据可直接通过PLC302计算，直接得出直线拟合的参数。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火箭发动机推力校验系统，其特征在于，包括被校验传感器、标准传感器、测控系统、液压系统和推力架系统；

所述被校验传感器设置在所述推力架系统中推力架的定架上，其用于检测所述液压系统施加在所述推力架系统中推力架上的推力；

所述标准传感器设置在所述液压系统中的液压油缸上，其用于检测校验过程中所述液压系统通过传力装置施加在推力架上的推力；

所述被校验传感器和标准传感器均与所述测控系统连接，所述测控系统根据从所述被校验传感器测得的推力数据与设定的推力数据进行比较，以校验所述被校验传感器。

2.根据权利要求1所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述液压系统还包括伺服电机、油泵、油箱及换向阀。

3.根据权利要求2所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述油箱、所述油泵和所述换向阀依次串联连接，所述伺服电机通过作用于所述油泵给所述液压系统增压。

4.根据权利要求3所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述伺服电机驱动所述油泵，所述油泵出口与所述换向阀的P口连接，所述换向阀的两个出油口A口和B口连接至所述液压油缸。

5.根据权利要求1所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述测控系统包括依次串联的HMI、PLC以及油电伺服。

6.根据权利要求5所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述被校验传感器和所述标准传感器的推力数据通过PN总线传入所述PLC。

7.根据权利要求6所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述测控系统还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器设置在所述PLC与所述油电伺服之间。

8.根据权利要求7所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述PLC给定所述伺服驱动器模拟量信号，驱动所述油电伺服产生流量压力。

9.根据权利要求5所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述PLC中设置有PID算法。

10.根据权利要求5所述的火箭发动机推力校验系统，其特征在于，所述HMI设置校验参数并与所述PLC进行数据交换。