KR100408093B1 - Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust - Google Patents

Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust Download PDF

Info

Publication number
KR100408093B1
KR100408093B1 KR10-2000-0040748A KR20000040748A KR100408093B1 KR 100408093 B1 KR100408093 B1 KR 100408093B1 KR 20000040748 A KR20000040748 A KR 20000040748A KR 100408093 B1 KR100408093 B1 KR 100408093B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
calibration
thrust
load cell
force
engine
Prior art date
Application number
KR10-2000-0040748A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020007049A (en
Inventor
오승협
박정
조남경
정용갑
김용욱
김영한
강선일
문일윤
이재룡
Original Assignee
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주연구원 filed Critical 한국항공우주연구원
Priority to KR10-2000-0040748A priority Critical patent/KR100408093B1/en
Publication of KR20020007049A publication Critical patent/KR20020007049A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100408093B1 publication Critical patent/KR100408093B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/006Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring work or mechanical power or mechanical efficiency
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

본 발명은 로켓 엔진으로부터 배출되는 연소 가스에 반하여 발생하는 추력의 6분력을 측정할 수 있는 방법에 관한 것으로 액체로켓엔진 지상시험에서의 성능 시험시 추진제의 연소로 발생하는 연소가스가 노즐을 통해 대기 중에 분사될 때 엔진 상단에 설치된 엔진 어댑터를 통해 반력으로 전달되는 6분력 수평형 추력 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the six-component of the thrust generated against the combustion gas discharged from the rocket engine, the combustion gas generated by the combustion of the propellant during the performance test in the liquid rocket engine ground test through the nozzle It relates to a six-component horizontal type thrust measurement method that is transmitted to the reaction force through the engine adapter installed on the top of the engine when injected during.

종래 로드 셀 들이 상호간의 간섭에 의해 설치된 로드 셀의 방향이외의 하중 성분들에 의해 원치 않는 추력값이 측정되는 결점이 있었다.Conventional load cells have the drawback that unwanted thrust values are measured by load components other than the direction of the load cells provided by mutual interference.

따라서 본 발명은 액체로켓엔진 지상시험에서 추력을 측정함에 있어서, 6분력에 대해 교정용 로드 셀 및 측정용 로드 셀이 설치되며 상기 교정용 로드 셀에 힘을 인가하여 추력 측정장치 자체의 교정상수와 엔진이 장착된 경우의 교정상수를 구하는 제1 스텝과, 상기 제1 스텝에서 구해진 교정상수를 근거로 교정을 수행하는 제2 스텝과, 상기 제2 스텝에서 인가된 교정상수의 행렬은 두 개 이상의 교정력을 동시에 가하여 검증하는 제3 스텝으로 구성되어 추력 측정장치 자체의 구조물뿐만 아니라 엔진이 실제로 장착된 경우에 있어서 교정 상수를 직접 구함으로써 측정의 정밀도를 높이는 것이다.Therefore, in the present invention, in the measurement of thrust in the liquid rocket engine ground test, a calibration load cell and a measurement load cell are installed for 6 components and a force applied to the calibration load cell is applied to the calibration constant of the thrust measuring device itself. The first step of obtaining the calibration constant when the engine is mounted, the second step of performing the calibration based on the calibration constant obtained in the first step, and the matrix of calibration constants applied in the second step are two or more. It consists of a third step of applying and verifying the calibration force at the same time to improve the accuracy of the measurement by directly obtaining the calibration constants when the engine as well as the structure of the thrust measuring device itself is actually mounted.

Description

6분력 수평 추력 검정방법{Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust}Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust

본 발명은 로켓 엔진으로부터 배출되는 연소 가스에 반하여 발생하는 추력의 6분력을 측정할 수 있는 방법에 관한 것으로 액체로켓엔진 지상시험에서의 성능 시험시 추진제의 연소로 발생하는 연소가스가 노즐을 통해 대기 중에 분사될 때 엔진 상단에 설치된 엔진 어댑터를 통해 반력으로 전달되는 6분력 수평 추력 검증방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the six-component of the thrust generated against the combustion gas discharged from the rocket engine, the combustion gas generated by the combustion of the propellant during the performance test in the liquid rocket engine ground test through the nozzle It is related to a six-component horizontal thrust verification method that is transmitted to the reaction force through the engine adapter installed on the top of the engine when injected during.

로켓연소시험을 수행하는데 추력의 미스얼라인먼트 및 스터링 특성을 구하는 경우, 각방향의 힘을 아주 정밀하게 측정하는 것이 필요하며, 이를 위해 우선 측정정도 및 시험대의 특성을 파악하는 것이 필요하다.When performing rocket combustion test, if misalignment and stirling characteristics of thrust are obtained, it is necessary to measure the force in each direction very precisely.

다성분의 측정에서는 측정 분력을 증폭하면 각 계측계 간의 간섭, 로켓의 취부 오차에 대한 각 측정분력의 영향 등으로 복잡성이 배가된다.In multi-component measurements, amplifying the measured component multiplies the complexity due to the interference between the measuring systems and the effect of each component on the mounting error of the rocket.

각 측정계간의 간섭은 로켓을 지지하는 플렉셔의 특성, 로드셀 특성, 로켓의 지지기구에 의해 영향을 받는다.Interference between each measurement system is affected by the characteristics of the flexure supporting the rocket, the load cell characteristics, and the rocket's support mechanism.

또한 로켓의 설치정밀도는 시험대의 수평도, 부착부의 정밀도, 로켓부착 설치 오차 등 작업원의 작업 숙련도에 의해 영향을 받는다.In addition, the installation accuracy of the rocket is influenced by the operator's work proficiency such as the level of the test bench, the precision of the attachment part, and the installation error of the rocket attachment.

또한 실제 연소 시험에서는 각 방향의 로드 셀들이 상호간의 간섭에 의해 설치된 로드 셀의 방향이외의 하중 성분들에 의해 원치 않는 추력값들이 측정되기도 한다.Also, in the actual combustion test, unwanted thrust values are measured by load components other than the direction of the load cell in which load cells in each direction are installed due to mutual interference.

그리고 엔진 장착 및 구조물 자체에 대한 교정을 수행할 수 없었으며, 2개 이상의 교정을 가할 수 없고 검증 또한 불가능한 것이었다.It was not possible to carry out the calibration of the engine mounting and the structure itself, no two or more calibrations were possible, and no verification was possible.

본 발명은 액체로켓엔진 지상시험에서의 성능 시험시 연소로 발생하는 연소가스가 노즐을 통해 대기 중에 분사될 때 엔진 상단에 설치된 엔진 어댑터를 통해 반력으로 전달되는 수평형 6분력의 추력 성분을 측정하도록 한다.The present invention is to measure the thrust component of the horizontal six-component force transmitted to the reaction force through the engine adapter installed on the top of the engine when the combustion gas generated by the combustion is injected into the atmosphere through the nozzle during the performance test in the liquid rocket engine ground test do.

본 발명은 6분력에 대해 각각 교정용 및 측정용 로드셀이 설치되어 있는 경우에 교정용 로드 셀에 힘을 인가하여 추력 측정 장치 자체의 구조물뿐만이 아니라 엔진이 실제로 장착된 경우에 있어서 교정 상수를 직접 구함으로써 측정의 정밀도를 높인 추력 측정방법을 제공한다.The present invention applies a force to the calibration load cell when the calibration and measurement load cells are installed for each of the six components, respectively, and directly calculates the calibration constants when the engine is actually mounted as well as the structure of the thrust measurement device itself. The present invention provides a thrust measurement method that increases the accuracy of the measurement.

본 발명은 교정을 통한 6분력 교정 행렬을 구함으로써 엔진 장착 및 구조물 자체에 대한 교정을 수행할 수 있으며 교정 상수로 구성된 행렬을 두 개 이상의 교정을 동시에 가하여 검증이 가능하도록 함을 특징으로 하는 것이다.The present invention is characterized in that it is possible to perform calibration on the engine mounting and the structure itself by obtaining a six-component calibration matrix through calibration, and to verify by applying two or more calibrations simultaneously to a matrix composed of calibration constants.

도 1 은 본 발명의 6분력 수평형 추력 측정 개략도1 is a schematic diagram of a six-component horizontal thrust measurement of the present invention

도 2 는 본 발명의 추력 벡터의 정의도도 3 은 본 발명의 교정용과 측정용 로드셀의 결합관계도도 4 는 본 발명의 측정용 로드스트링의 설치상태도도 5 는 본 발명의 교정용 로드스트링의 설치상태도Figure 2 is a definition of the thrust vector of the present invention Figure 3 is a coupling relationship diagram between the calibration and measurement load cell of the present invention Figure 4 is a state diagram of the installation of the measurement load string of the present invention Figure 5 State diagram

본 발명은 도 1 에서와 같이 6분력 수평형 추력 측정 개략도에 관한 것으로 좌표의 원점은 라이브 베드(live bed)의 중심에 놓이고 추력은 엔진의 노즐구멍(nozzle throat)에서 평가된다.The present invention relates to a schematic diagram of a six-component horizontal thrust measurement as shown in FIG. 1 wherein the origin of the coordinates is at the center of the live bed and the thrust is evaluated at the nozzle throat of the engine.

본 발명은 액체로켓엔진 지상시험에서 추력을 측정함에 있어서, 6 분력에 대해 교정용 로드셀 및 측정용 로드셀이 설치되며 상기 교정용 로드 셀에 힘을 인가하여 추력 측정 장치 자체의 교정상수와 엔진이 장착된 경우의 교정상수를 구하는 제1 스텝과,In the present invention, in the measurement of the thrust in the liquid rocket engine ground test, a calibration load cell and a measurement load cell are installed for 6 components and a force is applied to the calibration load cell so that the calibration constant and the engine of the thrust measuring device are mounted. The first step of obtaining a correction constant when

상기 제1 스텝에서 구해진 교정상수를 근거로 교정을 수행하는 제2 스텝과,A second step of performing calibration based on the calibration constants obtained in the first step;

상기 제2 스텝에서 인가된 교정상수의 행렬은 두 개 이상의 교정력을 동시에 가하여 검증하는 제3 스텝으로 이루어지는 것으로,도 1 과 같이는 실제 측정을 위한 측정용 로드셀이며,가 교정력을 가하기 위한 엑추에이터와 교정력을 측정하기 위한 교정용 로드셀 조합이다.각각의 측정용 로드셀에 대하여 이상적인 교정력을 가하기 위해 동일 평면상에 대칭적으로 교정력을 가하기 위한 엑추에이터와 교정력을 측정하기 위한 교정용 로드셀 조합을 도 3 과 같이 배치한다.상기 로드셀 조합은 라이브 베드(2)의 4방향 중 양방향에는 측정용 로드스트링(1)이 나머지 양방향에는 교정용 로드스트링(10)이 설치된다.교정용 로드셀과 측정용 로드셀의 결합관계는, 로드스트링(Load String)은 로드셀과 유니버셜 플렉셔(Universal Flexure)로 구성되어져 string의 중심축 방향의 힘만을 전달할 수 있는 메커니즘을 갖고 있다.측정용 로드스트링(1)은 도 4 와 같이 측정용 로드셀(5)과 그 양단에 축 방향의 힘을 전달할 수 있는 기구장치인 유니버셜 플렉셔(4, 4' )를 연결한 조립체를 말한다.측정용 로드스트링(1)은 라이브 베드(2)와 고정 베드(3) 사이에 장착되어 측정대상물(엔진)과 결합된 라이브 베드(2)를 3차원 공간상에 띄워주며 2개의 유니버셜 플렉셔(4, 4' )가 지니고 있는 기구 특성으로 인하여 추력 하중으로 인한 라이브 베드(2) 및 기타 구조물에 변형이 발생하였을 시 이 기구장치가 지니고 있는 변형 한계 내에서 로드셀(5)을 인가되는 하중의 축상에 일치하게 직각으로 위치할 수 있도록 하여 기구장치나 구조물의 어긋남 또는 추력의 어긋남으로부터 발생되는 에러를 감소시켜 측정의 정확성을 보장한다.교정 로드스트링(10)은 도 5 와 같이 라이브 베드(2)와 고정 베드(3) 사이에 설치된 기구장치의 상호 간섭 및 외부 하중인가 시 발생하는 구조물의 변형으로 인한 오차 등을 보정하기 위해 교정 작업 시 기준 힘(force)에 대한 정보를 제공하는 기구 장치이다.측정용과는 달리 로드셀(5) 한쪽에는 유니버셜 플렉셔(4)와 교정력을 가하기 위한 엑추에이터(12)가 장착되어 있으며 다른 한쪽에는 교정력을 라이브 베드(2)에 전달하기 위한 로드 아이(11)를 장착하였다.로드 아이(11)는 일종의 조인트로 핀과 고리형태로 구성되어 있고 그 사이에 간격이 있어 평소 라이브 베드(2)와 기구적으로 분리되어 실제 연소시험시 정밀한 추력 측정에 방해가 되지 않는 메카니즘을 가지고 있다.교정 작업 시는 엑추에이터(12)에 의해 로드아이(11)의 고리가 전ㆍ후진하면서 고리와 핀이 접촉하게 되어 라이브 베드(2)에 엑추에이터(12)에서 발생한 인장 및 압축의 교정력을 인가할 수 있는 구조로 되어있다.유압 엑추에이터는 컴퓨터와 전용 소프트웨어를 통한 제어 및 별도의 패널을 통한 수동조작도 가능하다.여기서 수평형이라 함은 추력 측정 장치의 측정방향(엔진 설치 방식)에 대한 분류의 의미로 사용되고 있다.같은 형태의 측정 장치라 하더라도 수평형과 수직형은 중력의 영향, 엔진의 추효과 등을 고려하여 서로 다른 해석 방법을 사용하여야 한다.The matrix of calibration constants applied in the second step is composed of a third step of verifying by applying two or more calibration forces simultaneously, as shown in FIG. Is the measurement load cell for the actual measurement, Is a combination of an actuator for applying calibration force and a calibration load cell for measuring calibration force, an actuator for applying calibration force symmetrically on the same plane to apply an ideal calibration force for each measurement load cell, and a calibration force for measuring calibration force The load cell combination is arranged as shown in FIG. 3. In the load cell combination, a measurement load string 1 is installed in two directions of the live bed 2, and a calibration load string 10 is installed in the other directions. The load string is composed of a load cell and a universal flexure, and has a mechanism for transmitting only the force in the central axis direction of the string. ) Is a universal flexure (4, 4 ') which is a mechanical device capable of transmitting an axial force to the load cell (5) for measurement and its both ends as shown in FIG. The load rod 1 for measurement is mounted between the live bed 2 and the fixed bed 3 so that the live bed 2 coupled with the measurement object (engine) is placed on a three-dimensional space. When the deformation occurs in the live bed (2) and other structures due to thrust loads due to the mechanical characteristics of the two universal flexures (4, 4 '), 5) can be positioned at right angles to the axis of the applied load to reduce the error caused by the deviation of the mechanism or structure or the thrust deviation to ensure the accuracy of the measurement. During the calibration operation to correct the errors caused by the deformation of the structure that occurs when the external interference and the external load of the mechanism installed between the live bed (2) and the fixed bed (3), such as 5 Unlike the measurement, the load cell 5 is equipped with a universal flexure 4 and an actuator 12 for applying the calibration force, and the other side of the load cell 5 is used to provide the information about the force. A rod eye 11 for transferring to the bed 2 is mounted. The rod eye 11 is a kind of joint, which is formed in the form of a pin and a ring, and there is a gap therebetween, so It is separated and has a mechanism that does not interfere with accurate thrust measurement in actual combustion test. During the calibration operation, the ring 12 of the rod eye 11 is moved forward and backward by the actuator 12, so that the ring and the pin come into contact with the live bed. (2) has a structure that can apply the corrective force of the tension and compression generated in the actuator 12. The hydraulic actuator is a control panel and a separate panel through a computer and dedicated software In this case, the horizontal type is used to classify the direction of measurement of the thrust measuring device (engine installation method). Even in the same type of measuring device, the horizontal type and the vertical type have the effect of gravity, Different analysis methods should be used in consideration of the engine weight effect.

이상적인 힘의 균형 방정식은The ideal force balance equation is

하중평형Load balance

모멘트 평형Moment equilibrium

이를 행렬식으로 표시하면 수학식 3과 같다.This is expressed as a determinant.

제로는 각 방향의 로드셀들이 상호간에 간섭을 미치므로 설치된 로드 셀의 방향 성분 이외의 하중 성분들에 의해 원치 않는 추력값이 측정된다.Since zero load cells in each direction interfere with each other, unwanted thrust values are measured by load components other than the direction components of the installed load cells.

따라서, 실제 연소 시험에서는 정확한 추력값 측정을 위한 데이터(data reduction equation)를 새로이 고려할 필요가 있다.Therefore, in the actual combustion test, it is necessary to newly consider the data reduction equation for accurate thrust value measurement.

이상적인 힘의 균형에 의해 하나의 교정용 로드셀(예)과 그에 부착된 엑추에이터를 사용하여 교정력을 가하면 그와 대응하는 위치의 측정용 로드셀( 예)에서만 힘이 검출되어야한다.그러나. 실제의 경우 모든 측정용 로드셀은 라이브 베드와 연결되어 있어 6분력 수평형 추력 측정 장치 자체의 특성과 간섭에 의해 모든 측정용 로드셀에서 힘이 검출된다.즉, 하나의 교정력에 의해 측정용 로드셀 6개에 힘이 측정되게 되며 이때 측정용 로드셀에서 측정되는 힘은 로드셀 간의 간섭, 6분력 수평형 추력 측정 장치 자체의 특성 및 각종 오차요인이 모두 포함된 신호가 된다.도 3 에서와 같이 6개의 교정용 로드셀 ( 각각의 교정용 로드셀에는 교정력을 가할 수 있는 유압실린더가 설치됨 )과 6개의 측정용 로드셀은 이상적으로 수학식1과 같은 힘의 균형 방정식이 적용되나 실제로 기구적 간섭에 의해 서로간에 영향을 받게 됩니다. 따라서 이러한 상관관계를 밝혀내어 교정할 필요가 있다.도 3 에서와 같이 설치된 6개의 교정용 로드셀 ( 각각의 교정용 로드셀에는 교정력을 가할 수 있는 유압실린더가 설치됨 ) 중 하나를 사용하여 교정력(Fi])을 측정대상물인 엔진과 연결되는 구조물에 인가한 후 그 구조물에 설치된 6개의 측정용 로드셀(Li])에서 계측된 신호를 통해엔진과 연결되는 구조물이 서로 어떻게 영향을 미치는가에 대한 특성을 수학식으로 표현하면 수학식 4와 같이 되며 이를 통해 교정상수를 구할 수 있다.이를 식으로 나타내면 아래의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.Ideal calibration of load cells due to the ideal balance of forces ) And a load cell for measuring the position of the corresponding load when the corrective force is applied using the actuator attached to it. Only the force should be detected, however. In practice, all measurement load cells are connected to a live bed so that forces are detected in all measurement load cells by the characteristics and interference of the six-component horizontal thrust measurement device itself, i.e. one calibration force. The force is measured on the six load cells for measurement, and the force measured at the load cell becomes a signal including all the interference between the load cells, the characteristics of the six-component horizontal thrust measuring device itself, and various error factors. As shown in Figure 6, each calibration load cell (each calibration load cell is equipped with a hydraulic cylinder capable of applying calibration force) and six measurement load cells are ideally subjected to a force balancing equation such as Will be affected by each other. Therefore, this correlation needs to be identified and corrected. As shown in FIG. 3, the calibration force (F i ) is used by using one of the six calibration load cells (each calibration load cell is equipped with a hydraulic cylinder capable of applying calibration force). ] ) Is applied to the structure connected to the engine to be measured, and the characteristics of how the structures connected to the engine affect each other through the signals measured by the six measurement load cells (L i] ) installed on the structure. If the equation is expressed as Equation 4, the correction constant can be obtained through this Equation 4. If this is expressed as Equation 4, it can be expressed as Equation 4 below.

여기서 시험대상물인 엔진이 장착되는 구조물과 6개의 측정용 로드셀과의 결합에 의한 영향을 구하는 과정이므로 측정대상물인 엔진의 장착여부는 문제가 되지 않는다이와 같은 과정을 독립적으로 교정력 F의 6성분에 대해 수행하면 교정하중 벡터 F와 측정용 로드셀 신호 벡터 L은 다음의 수학식5와 같은 관계를 갖게 된다.In this case, it is not a problem to install the engine to be measured because it is a process of determining the effect of the structure on which the engine to be tested is mounted and the six load cells for measurement. When performed, the calibration load vector F and the measurement load cell signal vector L have a relationship as shown in Equation 5 below.

라이브 베드와 로드스트링의 연결에 의한 구조적 오차 요인을 보정하기 위한 교정상수로 위의 행렬 A가 사용된다.행렬 A는 각 6개의 분포 하중 성분(교정력)에 대해 6개의 측정용 로드셀들의 교정을 고려하게 되므로 총 36개의 인자를 갖는다.이 36개의 교정상수값을 모두 알게 된다면 측정용 로드셀에서의 측정 신호값과 이상적인 하중 분포값 사이의 관계를 알 수 있게 된다.이상적인 하중 분포 F는 실제 시험 시 발생하는 추력벡터의 각 성분과 동일하게 고려할 수 있으므로 결국 36개의 교정상수값을 알아내는 과정은 로드셀 신호와 추력 사이의 관계를 구하는 과정이 된다고 할 수 있다. The above matrix A is used as a calibration constant to correct for the structural error caused by the connection of the live bed and the loadstring. The matrix A takes into account the calibration of six measuring load cells for each of six distributed load components (calibration forces). 36 factors in total If all 36 calibration constants are known, the relationship between the measured signal value and the ideal load distribution in the load cell can be known. The ideal load distribution F is the component of the thrust vector generated during the actual test. In the same way, the process of finding 36 calibration constants is a process of finding the relationship between the load cell signal and the thrust.

따라서, 다음과 같은 수학식6을 얻을 수 있다.Therefore, the following equation (6) can be obtained.

여기서,T는 추력 벡터,F는 교정을 위해 인가된 힘벡터,L은 로드 셀로부터 실제 신호 벡터,J는 힘의 균형을 묘사하는 이상적인 자코비안 행렬, 그리고A는 교정 행렬이다.Where T is the thrust vector, F is the force vector applied for calibration, L is the actual signal vector from the load cell, J is the ideal Jacobian matrix describing the force balance, and A is the calibration matrix.

이러한 교정 행렬을 통하여 교정수행방법은 다음과 같다.The calibration method is as follows through this calibration matrix.

교정(calibration)을 수행한다는 것은 구조물 전체적인 오차 요인을 고려하여 시험 시 발생한 추력에 대해 측정 추력값을 가장 유사하게 만들기 위한 절차를 의미한다.시험 전에 교정작업을 수행하여 6분력 수평형 추력 측정 장치의 오차특성을 파악하여 보정한 후 실제 시험을 수행하여 보다 신뢰도 높은 측정을 수행할 수 있도록 하는 것이다.Performing calibration refers to a procedure for making the measured thrust value most similar to the thrust generated during the test, taking into account the error factors of the structure as a whole. After identifying and correcting the error characteristic, the actual test can be performed to make more reliable measurement.

따라서, desired load value를 PC에서 입력하면 비례값(Proportional value)을 제어하여 엑추에이터를 구동하여 교정을 위한 로드셀에 하중이 인가된다.Therefore, when the desired load value is input from the PC, a proportional value is controlled to drive the actuator to apply a load to the load cell for calibration.

이때 6분력의 측정용 로드 셀로부터의 출력(output)으로부터 수학식4와 같은 교정 상수로 구성되는 로우 벡터를 구성할 수 있다.In this case, a row vector composed of a calibration constant as shown in Equation 4 may be configured from an output from the load cell for measuring the six-component.

따라서, 6분력에 대한 반복된 절차를 통해 6X6의 교정 상수의 행렬A를 구성할 수 있고,는 구조물 내에서의 로드셀 특성, 구조물의 제작상의 오차 등을 포괄적으로 포함하게 된다.Thus, the iterative procedure for six components can construct a matrix A of calibration constants of 6 × 6, Comprehensively includes the load cell characteristics in the structure, manufacturing errors of the structure.

상기에서 독립적으로 인가된 교정력에 대한 교정을 수행하는 방법에 대해 설명하였으나 실제 추력은 2개 이상이 복합적으로 가해지는 상황으로 볼 수 있으므로 위에서 구한 교정 상수의 행렬은 두 개 이상의 교정력을 동시에 가하여 검증하는 것이 필요하다.Although the above-described method of performing calibration for independently applied calibration force has been described, the actual thrust can be regarded as a situation in which two or more are applied in combination, so the matrix of calibration constants obtained above can be verified by applying two or more calibration forces simultaneously. It is necessary.

이때, 가해진 교정력을F'이라 하면 수학식 7과 같은 관계로부터 에러(E)를 평가할 수 있다.At this time, if the applied correction force is F ' , the error E can be evaluated from the relationship as shown in Equation (7).

Data reduction equation을 통하여 추력 특성 값은 계산될 수 있다.Thrust characteristics can be calculated using the data reduction equation.

- Magnitude of Thrust VectorMagnitude of Thrust Vector

- Location of Thrust Vector-Location of Thrust Vector

- Angle of Thrust Vector 도 2 의 추력 벡터의 정의도에 의하여 수학식 10을 얻을 수 있는 것이다.Angle of Thrust Vector Equation 10 can be obtained by defining the thrust vector of FIG. 2.

구조물의 변형량은 크지 않으므로 탄성 변형을 고려하면는 재현성(repeatability)이 있다고 할 수 있다.그러나, 매번를 구하여 교정하는 것은 그리 합리적이지 못하다.따라서, 교정 정도를 평가할 수 있는 방법과 기준이 있다면, 기존에를 사용해도 무방하다.제 2스텝과 제 3스텝은 이러한 교정 정도를 평가할 수 있게 하는 기법으로 발명되었다.다만 고안된 6분력 수평형 추력 측정 장치의 운용 조건을 벗어나는 환경 요인(예, 이상 고온, 오랜 기간의 폭우, 지진 등)에 노출된 경우나 오랜 기간동안 시험을 수행하지 않은 경우, 일부 부품의 교체 등이 있을 시에는 세부 부품에서부터의 체계적인 교정이 필요하게 된다.결국 교정을 수행하는 제 2 스텝은 시험 대상인 액체로켓엔진은 연소가스가 노즐을 통해 배출됨으로써 노즐목에서 추력이 발생하는 것입니다.6분력 추진 측정의 목적은 실제 적용되는 시험물의 추력특성을 구하기 위한 것이지 시험장치의 특성을 알기 위함이 아니다. 따라서, 시험시 시험장치에 생긴 반력을 이용하여 실제 엔진 노즐목에서 발생한 추력벡터로의 교정(전환)이 필요합니다.따라서, 제 2 스텝은 제 1 스텝의 반복된 절차를 통한교정상수 행렬 A와 시험대상엔진, 그와 결합되는 구조물, 로드셀의 적용위치와 관련하여[도면1에 예시] 구조물에서측정된 반력을 노즐목에서의 추력벡터로 교정(전환)해주는 자코비안 행렬 J를 이용하여 실제 시험시 적용가능하도록 교정해 주는 식을 구하여 적용하는 방법이다.제 3 스텝은 두 개 이상의 보정력을 가함으로서 2 스텝의 보정 그래프를 검증 하는 것으로 1 스텝에서 구조물과 각각의 로드셀의 결합에 의한 영향을 알기 위한 교정 상수를 구하기 위해 한방향의 성분을 갖는 힘을 인가하여 그 조합을 사용하였다.그러나, 실제 시험시 다성분을 갖는 추력이 발생하게 되어 구조물에 다성분의 반력이 생기므로 그에 대한 검증이 필요하게 됩니다.따라서, 적용된 6개의 교정용 로드셀 (힘을 인가할 수 있는 유압실린더 장착) 중 2개 이상을 사용하여 동시에 구조물에 힘(F')을 가한 후 이때 계측용 로드셀을 통해 계측된 값(L)을 이용하여 2 스텝을 통해 구한 교정행렬(A)로 교정된 AL과 실제 인가된 교정력(F')과의 차로 에러(E)를 평가할 수 있는 것이다. Since the deformation amount of the structure is not large, considering the elastic deformation Can be said to have repeatability, but every time It is not reasonable to obtain and calibrate, so if there are methods and criteria for assessing the degree of calibration, The second and third steps have been invented as a technique to evaluate the degree of correction.However, environmental factors (e.g., abnormal high temperatures, long periods of time) are outside the operating conditions of the designed six-component horizontal thrust measurement device. In case of exposure to period of heavy rain, earthquake, etc.) or when the test has not been performed for a long period of time, the replacement of some parts requires systematic correction from detailed parts. In this test, the liquid rocket engine generates thrust in the nozzle neck as combustion gas is discharged through the nozzle.The purpose of the six-component propulsion measurement is to obtain the thrust characteristics of the test object that is actually applied. This is not it. Therefore, it is necessary to calibrate (convert) the thrust vector generated in the actual engine nozzle neck by using the reaction force generated in the test apparatus during the test. Therefore, the second step is performed through the repeated procedure of the first step. Jacobian matrix J that corrects (converts) the reaction force measured at the structure to the thrust vector at the nozzle neck in relation to the calibration constant matrix A, the engine under test, the structure to which it is coupled, and the application location of the load cell [example in Figure 1]. The third step is to verify the calibration graph of two steps by applying two or more correction forces, and to combine the structure and each load cell in one step. In order to find the correction constants, the combination was used by applying a force with one component. However, in the actual test, the component has a multi-component thrust, which creates a multi-component reaction force in the structure. Therefore, it is necessary to use two or more of the six calibration load cells applied (with a hydraulic cylinder that can apply force). At the same time, the force (F ') is applied to the structure, and at this time, the AL and the actually applied calibration force (F') are calibrated with the calibration matrix (A), which is obtained in two steps using the value (L) measured by the measurement load cell. The difference (E) can be evaluated by.

본 발명은 액체로켓엔진 지상시험에서의 성능 시험 시 추진제의 연소로 발생하는 연소가스가 노즐을 통해 대기 중에 분사될 때 엔진 상단에 설치된 엔진 어댑터를 통해 반력으로 전달되는 수평형 6분력의 추력 성분을 측정할 수 있는 것이다.The present invention provides a horizontal component of the six-component thrust component that is transmitted to the reaction force through the engine adapter installed on the engine when the combustion gas generated by the combustion of the propellant is injected into the atmosphere through the nozzle during the performance test in the liquid rocket engine ground test. It can be measured.

본 발명은 교정을 통한 6분력 교정 행렬을 구함으로써 엔진 장착 및 구조물자체에 대한 교정을 수행할 수 있도록 하며, 교정 상수로 구성된 행렬을 두 개 이상의 교정을 동시에 가하여 검증이 가능하도록 하는 것이다.The present invention is to enable the calibration of the engine mounting and the structure itself by obtaining a six-component calibration matrix through calibration, and to enable verification by applying two or more calibrations simultaneously to a matrix composed of calibration constants.

Claims (4)

액체로켓엔진 지상시험에서 추력을 측정함에 있어서,In measuring thrust in the liquid rocket engine ground test, 6분력에 대해 교정용 로드셀과 측정용 로드셀이 설치되며 상기 교정용 로드 셀에 힘을 인가하여 추력 측정 장치 자체의 교정상수와 엔진이 장착된 경우의 교정상수를 구하는 제1 스텝과,A first step in which a calibration load cell and a measurement load cell are installed for each of the six components and a force is applied to the calibration load cell to obtain a calibration constant of the thrust measuring device itself and a calibration constant when the engine is mounted; 상기 제1 스텝에서 구해진 교정상수를 근거로 교정을 수행하는 제2 스텝과,A second step of performing calibration based on the calibration constants obtained in the first step; 상기 제2 스텝에서 인가된 교정상수의 행렬은 두 개 이상의 교정력을 동시에 가하여 검증하는 제3 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 6분력 수평 추력 검증방법.The matrix of calibration constants applied in the second step is a six-component horizontal thrust verification method, characterized in that consisting of a third step of applying the two or more correction force at the same time to verify. 제 1 항에 있어서, 교정상수는The method of claim 1 wherein the correction constant is 와 같은 공식에 의해 구해짐을 특징으로 하는 6분력 수평 추력 검증방법. A six-component horizontal thrust verification method characterized by the following formula. 제 1 항에 있어서, 제2 스텝은 6분력에 대한 반복된 절차를 통해6X6의 교정 상수의 교정 행렬 A를 구성하며 하기 식으로 표시되는 추력벡터는The thrust vector of claim 1, wherein the second step constitutes a calibration matrix A of the calibration constants of 6 × 6 through repeated procedures for six components. T는 추력벡터, F는 교정을 위해 인가된 힘벡터, L은 로드셀로부터 실제 신호벡터, J는 힘의 균형을 묘사하는 이상적인 자코비안 행렬, A는 교정 행렬이며,는 구조물 내에서의 로드셀 특성을 나타낸 것임을 특징으로 하는 6분력 수평 추력 검증방법.T is the thrust vector, F is the force vector applied for calibration, L is the actual signal vector from the load cell, J is the ideal Jacobian matrix describing the balance of forces, A is the calibration matrix, 6-component horizontal thrust verification method characterized in that the load cell characteristics in the structure. 제 1 항에 있어서, 제3 스텝은 가해진 교정력을 F'라 하면E=F'-AL의 관계로부터 행렬The method of claim 1, wherein the third step is a matrix from the relationship of E = F'-AL when the applied corrective force is F '. 을 통하여 에러를 평가할 수 있도록 함을 특징으로 하는 6분력 수평 추력 검증방법.6-component horizontal thrust verification method characterized in that the error can be evaluated through.
KR10-2000-0040748A 2000-07-14 2000-07-14 Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust KR100408093B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0040748A KR100408093B1 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0040748A KR100408093B1 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020007049A KR20020007049A (en) 2002-01-26
KR100408093B1 true KR100408093B1 (en) 2003-12-01

Family

ID=19678269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0040748A KR100408093B1 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100408093B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100846053B1 (en) 2006-11-01 2008-07-11 경상대학교산학협력단 Calibration machine of 6-axis force/moment sensor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100758703B1 (en) * 2004-12-03 2007-09-14 한국항공우주연구원 The precision thrust measurement system for low thrust engine
KR100830055B1 (en) * 2007-04-24 2008-05-19 국방과학연구소 Thrsust stand

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4788855A (en) * 1987-03-03 1988-12-06 The Boeing Company Test apparatus for measuring jet engine thrust
JPH1019702A (en) * 1996-07-04 1998-01-23 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Device for measuring thrust of jet engine
US6032545A (en) * 1998-04-17 2000-03-07 California Polytechnic State University Foundation Nozzle flow thrust vector measurement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4788855A (en) * 1987-03-03 1988-12-06 The Boeing Company Test apparatus for measuring jet engine thrust
JPH1019702A (en) * 1996-07-04 1998-01-23 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Device for measuring thrust of jet engine
US6032545A (en) * 1998-04-17 2000-03-07 California Polytechnic State University Foundation Nozzle flow thrust vector measurement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인터넷(1999.09.23) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100846053B1 (en) 2006-11-01 2008-07-11 경상대학교산학협력단 Calibration machine of 6-axis force/moment sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020007049A (en) 2002-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6382012B2 (en) Method for calibrating force sensor mounted on robot, and robot
US5490427A (en) Six axis force sensor employing multiple shear strain gages
US5056361A (en) Dual strain gage balance system for measuring light loads
US10495533B2 (en) Load transducer with lockup assembly
US5279144A (en) Internal balance calibration system and method
JP2003035639A (en) Method and apparatus for characteristic test to compression spring
CN111366988B (en) Six-degree-of-freedom controlled component type drilling strain gauge complete machine detection platform
CN111323210B (en) Device and method for testing optical axis thermal stability of optical lens
KR101381569B1 (en) Thrust measuring system for high altitude simulation test with diffuser and the thrust measuring method
Runyan et al. Thrust stand design principles
KR100408093B1 (en) Measurement Method of Horizontal Six-Component Thrust
CN110849358B (en) Measuring device, measuring method and mounting method for array antenna phase center
US5533380A (en) Automatic force balance calibration system
RU140198U1 (en) DEVICE FOR CALIBRATING TENZOMETRIC SCALES
CN115855477A (en) Device and method for testing robot joint performance
US20050120808A1 (en) Platform balance
CN111089673B (en) Method for measuring contact force of locking and releasing mechanism
Liu et al. Determining aerodynamic loads based on optical deformation measurements
Peschel et al. The new 1.1 MN· m torque standard machine of the PTB Braunschweig/Germany
Khan et al. Design and calibration of a direct mounted strain gauged lower links system for measurement of tractor-implement forces
Liu et al. Design and calibration test of a support force measuring system for hypersonic vehicle aerodynamic measurement
CN112362216A (en) Engine six-component force measuring device adopting double measuring systems
KR100830055B1 (en) Thrsust stand
CN220751615U (en) Vertical rocket engine test bed frame with calibration function
JPH0755633A (en) System and method for calibrating internal balance used in test of mockup in wind tunnel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20061120

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee