RU2312316C1 - Method and device for measuring thrust of electric jet engines - Google Patents
Method and device for measuring thrust of electric jet engines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2312316C1 RU2312316C1 RU2006105132/28A RU2006105132A RU2312316C1 RU 2312316 C1 RU2312316 C1 RU 2312316C1 RU 2006105132/28 A RU2006105132/28 A RU 2006105132/28A RU 2006105132 A RU2006105132 A RU 2006105132A RU 2312316 C1 RU2312316 C1 RU 2312316C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric propulsion
- thrust
- force
- measuring
- axis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к областям техники, связанным с испытаниями электрореактивных двигателей (ЭРД). Областью применения изобретения является подготовка к эксплуатации ЭРД в составе космического аппарата (КА).The claimed invention relates to the fields of technology related to the testing of electric propulsion engines (ERE). The scope of the invention is the preparation for operation of the electric propulsion in the spacecraft (SC).
Известные способы измерения тяги ЭРД описаны в Патентах РФ №№2107186, 2204814, 2221995, 2243516. Как правило, известные способы измерения тяги ЭРД предполагают схему испытаний с расположением ЭРД горизонтально (вектор тяги испытываемого двигателя направлен горизонтально). Технический уровень указанных способов вполне достаточен для проведения испытаний ЭРД с измерением тяги на заводе изготовителе двигателей. При этих испытаниях включения ЭРД с измерением тяги производятся для каждого ЭРД отдельно. На проведение испытаний комплекта ЭРД с измерением тяги используемые средства не рассчитаны, включения ЭРД производятся с помощью технологических (наземных) средств испытаний.Known methods for measuring the thrust of an electric propulsion engine are described in Patents of the Russian Federation No. 2107186, 2204814, 2221995, 2243516. As a rule, the known methods for measuring propulsive thrust of an electric propulsion engine are designed with a horizontal position (the thrust vector of the engine under test is directed horizontally). The technical level of these methods is quite sufficient for testing the electric propulsion with thrust measurement at the engine manufacturer. In these tests, thrust measurements with thrust measurements are performed separately for each thrusters. The means used are not designed to test the propulsion set with thrust measurement, the electric propulsion is turned on using technological (ground) testing tools.
Вместе с этим, в цикле подготовки ЭРД к эксплуатации в составе КА предусматриваются совместные огневые испытания комплекта ЭРД (от 4 до 8 двигателей) и бортового прибора управления. Цель испытаний - проверка совместной работоспособности прибора и двигателей с контролем основных параметров, в том числе, тяги каждого ЭРД. При выполнении этих работ не ставится задача определения составляющих тяги, соответствие которых техническому заданию гарантируется предприятием - изготовителем ЭРД. В данном случае требуется проверить стабильность тяги, формируемой каждым из ЭРД, при многократных включениях ЭРД от бортового прибора управления в комбинациях, предусмотренных программой испытаний. Для повышения достоверности совместных испытаний ЭРД и прибора управления при обеспечении их электрических связей используется штатный (бортовой) комплект кабелей, что дает возможность объективно оценить правильность связей электрической схемы и производить включения ЭРД с параметрами (адресация, импеданс, сопротивление цепей), максимально приближенными к действительным. Применение кабелей-удлинителей с длиной, соизмеримой с длиной бортовых кабелей, в электрической схеме испытаний искажает условия и снижает достоверность испытаний. Еще одним требованием, возникающим при совместных испытаниях комплекта ЭРД и бортового прибора управления на предприятии-изготовителе КА, является вертикальное направление вектора тяги испытываемого ЭРД. Это позволяет значительно упростить схему измерения, снизить габариты устройства, производить калибровку устройства без применения различных блоков, снижающих достоверность калибровки, а также адаптировать схему испытаний к особенности вакуумных камер, используемых на предприятии-изготовителе КА, которые, как правило, ориентированы вертикально (вертикальный рабочий размер больше горизонтального). Кроме этого, в отличие от известных способов испытаний ЭРД с измерением тяги, как правило, предусматривающих стационарное размещение в вакуумных камерах, способ, используемый для совместных испытаний комплекта ЭРД и бортового прибора управления на предприятии-изготовителе КА, должен обеспечивать мобильность испытательного оборудования. Подготовительные работы (монтаж, проверки функционирования) должны проводиться вне вакуумной камеры, конструкция испытательного стенда должна позволять перегрузку оборудования в виде собранной и подготовленной к работе схемы.At the same time, in the preparation cycle for the electric propulsion for operation, the spacecraft includes joint firing tests of the electric propulsion system (from 4 to 8 engines) and the onboard control device. The purpose of the tests is to check the joint operability of the device and engines with the control of the main parameters, including the thrust of each electric propulsion. When performing these works, the task is not to determine the thrust components, the compliance of which with the technical specifications is guaranteed by the enterprise - manufacturer of electric propulsion. In this case, it is required to check the stability of the thrust generated by each of the electric propulsion engines with multiple starts of the electric propulsion from the onboard control device in the combinations provided by the test program. To increase the reliability of the joint tests of the electric propulsion and the control device while ensuring their electrical connections, a standard (on-board) cable set is used, which makes it possible to objectively evaluate the correctness of the electrical circuit connections and make the electric propulsion inclusions with parameters (addressing, impedance, circuit resistance) that are as close as possible to the actual . The use of extension cables with a length commensurate with the length of the onboard cables in the test circuitry distorts the conditions and reduces the reliability of the tests. Another requirement arising from the joint tests of the engine propulsion system and the onboard control device at the spacecraft manufacturer is the vertical direction of the thrust vector of the engine being tested. This allows you to significantly simplify the measurement scheme, reduce the dimensions of the device, calibrate the device without using various units that reduce the reliability of calibration, and also adapt the test scheme to the features of the vacuum chambers used at the spacecraft manufacturer, which are usually oriented vertically (vertical working larger than horizontal). In addition, in contrast to the known methods for testing electric propulsion engines with traction measurements, which usually involve stationary placement in vacuum chambers, the method used for joint testing of the electric propulsion system and on-board control device at the spacecraft manufacturer should ensure the mobility of the test equipment. Preparatory work (installation, functional checks) should be carried out outside the vacuum chamber, the design of the test bench should allow overloading of equipment in the form of a circuit assembled and prepared for operation.
Применение известных способов и устройств испытаний ЭРД с измерением тяги для проведения совместных испытаний комплекта ЭРД неприемлемо по следующим причинам:The use of known methods and devices for testing electric propulsion with thrust measurement for joint testing of a set of electric propulsion is not acceptable for the following reasons:
1) большие габариты устройств не позволяют разместить количество устройств, измеряющих тягу, достаточное для испытаний 4-8 ЭРД в вакуумной камере разумных размеров (от 20 до 400 м3) одновременно;1) the large dimensions of the devices do not allow placing the number of devices measuring thrust sufficient for testing 4-8 electric propulsion engines in a vacuum chamber of reasonable size (from 20 to 400 m 3 ) at the same time;
2) размещение ЭРД в горизонтальной плоскости на существующих средствах измерения тяги не позволяет использовать их в вертикальных вакуумных камерах, так как реактивная струя ЭРД с близкого расстояния будет направлена в стенку камеры, что может привести к эрозии материала стенки камеры и осаждению частиц металла на элементах оборудования и испытываемых ЭРД.2) the placement of the electric propulsion in the horizontal plane on the existing means of traction measurement does not allow them to be used in vertical vacuum chambers, since the reactive jet of the electric propulsion from a close distance will be directed to the chamber wall, which can lead to erosion of the material of the chamber wall and the deposition of metal particles on the equipment elements and test electric propulsion.
Прототипом заявляемого изобретения (для способа) выбран способ, описанный по патенту РФ №2243516. Указанный способ предназначен для испытаний электрореактивного двигателя (ЭРД) по определению тяги и составляющих вектора тяги. Способ заключается в монтаже ЭРД на тягоизмерительное устройство, балансировке тягоизмерительного устройства с установленным на нем ЭРД, включении ЭРД и проведении испытаний с измерением тяги при рабочих параметрах ЭРД путем его вращения вокруг геометрической оси по меньшей мере для двух режимов тяги и отличается тем, что измерения тяги выполняют по меньшей мере в двух положениях ЭРД в плоскости размещения коромысла, причем после измерения тяги ЭРД в одном положении ЭРД поворачивают в плоскости размещения коромысла, при этом одновременно регистрируют угол поворота ЭРД, после чего проводят измерение тяги ЭРД в другом положении.The prototype of the claimed invention (for the method) selected the method described by the patent of the Russian Federation No. 2243516. The specified method is intended for testing an electric jet engine (ERE) to determine traction and components of the traction vector. The method consists in mounting the electric propulsion device on the thrust measuring device, balancing the gravity measuring device with the electric propulsion installed on it, turning on the electric propulsion and performing tests with thrust measurement at the operating parameters of the electric propulsion device by rotating it around the geometric axis for at least two thrust modes and characterized in that the thrust measurement perform at least two positions of the electric propulsion in the plane of the rocker, and after measuring the thrust of the electric propulsion in one position, the electric propulsion is rotated in the plane of the rocker, at the same time the angle of rotation of the electric propulsion shall be recorded, after which the thrust of the electric propulsion shall be measured in a different position.
Недостатком способа с точки зрения требований совместных испытаний комплекта ЭРД и бортового прибора управления является: способ не предусматривает калибровку измерительной системы в процессе испытаний ЭРД; при применении для калибровки эталонных грузов схема крутильных весов, расположенных в горизонтальной плоскости, не позволяет совместить ось калибровки с геометрической осью ЭРД без применения дополнительных средств, например блока, влияние которого на точность калибровки не учитывается; способ не учитывает влияние изменения температуры элементов измерительной системы (конструкционных и преобразовательных элементов) и, следовательно, изменения ее упругости и линейных размеров.The disadvantage of the method from the point of view of the requirements of the joint tests of the set of electric propulsion and on-board control device is: the method does not provide for the calibration of the measuring system during the testing of electric propulsion; when applying for calibration of reference weights, the torsion balance diagram located in the horizontal plane does not allow to combine the calibration axis with the geometric axis of the electric propulsion without the use of additional tools, for example, a unit whose influence on calibration accuracy is not taken into account; the method does not take into account the effect of changes in temperature of the elements of the measuring system (structural and converting elements) and, therefore, changes in its elasticity and linear dimensions.
Целью данного изобретения (для способа) является обеспечение калибровки измерительной системы в процессе испытаний ЭРД по оси, совпадающей с геометрической осью ЭРД (осью вектора тяги ЭРД), без применения дополнительных средств, с учетом изменения температуры элементов измерительной схемы.The aim of the present invention (for the method) is to ensure the calibration of the measuring system during the tests of the electric propulsion system along the axis coinciding with the geometrical axis of the electric propulsion system (axis of the thrust vector of electric propulsion), without the use of additional means, taking into account the temperature change of the elements of the measuring circuit.
Эта цель достигается тем, что монтаж ЭРД на тягоизмерительное устройство производят установкой ЭРД в вертикальное положение, в процессе испытаний, в паузах между включениями ЭРД, производят калибровку датчика измерения усилия путем нагружения его калибровочным усилием Рк по вертикальной оси, совпадающей с геометрической осью ЭРД, регистрации соответствующего выходного сигнала Uвых и температуры посадочного места датчика измерения усилия Т и расчета коэффициентов аппроксимации зависимости Uвых (Рк; Т); измерение тяги производят путем проведения серии включений ЭРД, регистрации выходного сигнала, температуры посадочного места датчика и расчета физической величины тяги F (Uвых; Т) с использованием коэффициентов аппроксимации, полученных при калибровке системы.This goal is achieved by the fact that the electric propulsion is mounted on the load-measuring device by installing the electric propulsion in the vertical position, during the tests, in the pauses between the switching of the electric propulsion, the force sensor is calibrated by loading it with the calibration force Pk along the vertical axis, which coincides with the geometrical axis of the electric propulsion, registration the corresponding output signal Uout and the seat temperature of the force measuring sensor T and calculating the approximation coefficients of the dependence Uout (Рк; Т); traction measurement is carried out by conducting a series of EPM inclusions, registering the output signal, the temperature of the sensor seat and calculating the physical magnitude of the traction F (Uout; T) using the approximation coefficients obtained during system calibration.
Еще одним недостатком способа прототипа является стационарное использование схемы (невозможность монтажа и проверки функционирования схемы вне вакуумной камеры), что снижает эксплутационные характеристики способа (затрудняет использование вакуумной камеры для иных задач, не позволяет при необходимости без разборки оборудования оперативно перенести схему в другую вакуумную камеру, например, при ремонте камеры).Another disadvantage of the prototype method is the stationary use of the circuit (the impossibility of mounting and checking the operation of the circuit outside the vacuum chamber), which reduces the operational characteristics of the method (makes it difficult to use a vacuum chamber for other tasks, does not allow, if necessary, without disassembling equipment to quickly transfer the circuit to another vacuum chamber, for example, when repairing the camera).
Поэтому еще одной целью изобретения для способа является обеспечение мобильности схемы.Therefore, another objective of the invention for the method is to ensure mobility of the circuit.
Эта цель (для способа) достигается тем, что монтаж ЭРД, сборку и проверку функционирования схемы измерения тяги ЭРД производят вне вакуумной камеры, перегрузку схемы в вакуумную камеру производят в виде сборки.This goal (for the method) is achieved by the fact that the installation of the electric propulsion system, assembly and testing of the operation of the thrust measurement circuit of the electric propulsion system is carried out outside the vacuum chamber, the circuit is overloaded into the vacuum chamber in the form of an assembly.
Из устройств, применяемых в настоящее время для определения тяги ЭРД, к наиболее характерным относятся устройства, описанные по патентам РФ №№2107186, 2204814, 2221995, 2243516.Of the devices currently used to determine thrust for electric propulsion, the most characteristic are the devices described in RF patents Nos. 2107186, 2204814, 2221995, 2243516.
Прототипом заявляемого изобретения (для устройства) выбрано устройство, описанное по патенту №2243516. Устройство содержит горизонтально расположенное и подвешенное на упругом стержне коромысло, на одном конце которого смонтирован вращательный механизм испытуемого ЭРД вокруг его продольной геометрической оси и монтажный узел. Вращательный механизм состоит из узла вращения, содержащего привод вращения и отсчетное устройство контроля угла вращения испытуемого ЭРД. На монтажном узле размещен испытуемый ЭРД. На другом конце коромысла размещены уравновешивающая масса и отсчетное устройство, регистрирующее крутящий момент. Между коромыслом и вращательным механизмом размещен поворотный механизм испытуемого ЭРД в горизонтальной плоскости. Технический результат заключается в снижении трудоемкости испытаний ЭРД за счет расширения функциональных возможностей тягоизмерительного устройства.The prototype of the claimed invention (for the device) selected device described in patent No. 2243516. The device comprises a rocker which is horizontally located and suspended on an elastic rod, on one end of which a rotational mechanism of the tested electric propulsion is mounted around its longitudinal geometric axis and a mounting unit. The rotational mechanism consists of a rotation unit containing a rotation drive and a reading device for controlling the rotation angle of the tested electric propulsion. The test engine is placed on the assembly. At the other end of the beam there is a balancing mass and a reading device that records torque. Between the beam and the rotary mechanism is placed the rotary mechanism of the test electric propulsion in the horizontal plane. The technical result is to reduce the complexity of the tests of the electric propulsion by expanding the functionality of the traction device.
Недостатком прототипа является:The disadvantage of the prototype is:
1. Не позволяет устанавливать испытываемый ЭРД вертикально;1. Does not allow to install the tested electric propulsion engine vertically;
2. Усилие калибровки, в случае калибровки эталонными грузами, совмещается с геометрической осью ЭРД через блок, действительное влияние которого на точность испытаний не учитывается;2. The calibration force, in the case of calibration with standard weights, is combined with the geometrical axis of the electric propulsion through the unit, the actual influence of which on the test accuracy is not taken into account;
3. Имеет значительные габариты;3. Has a significant size;
4. Не имеет встроенных средств калибровки датчика измерения усилия;4. Does not have built-in calibration tools for measuring force sensors;
5. Не имеет средств контроля температуры преобразовательных элементов.5. It has no means of temperature control of the converter elements.
Целью данного изобретения (для устройства) является:The purpose of this invention (for the device) is:
1. Обеспечить возможность установки испытываемого ЭРД вертикально;1. Provide the ability to install the test electric propulsion vertical;
2. Предусмотреть средства совмещения оси усилия калибровки с геометрической осью ЭРД без применения промежуточных средств, искажающих результаты калибровки.2. To provide means for combining the axis of the calibration force with the geometric axis of the electric propulsion without the use of intermediate means that distort the calibration results.
3. Снизить габариты устройства;3. Reduce the dimensions of the device;
4. Предусмотреть средства калибровки датчика измерения усилия в процессе испытаний;4. Provide means for calibrating the force measurement sensor during the test;
5. Предусмотреть средства контроля температуры преобразовательных элементов.5. Provide means for controlling the temperature of the converter elements.
Эта цель достигается тем, испытываемый ЭРД установлен на монтажный узел таким образом, что его геометрическая ось направлена вертикально, монтажный узел закреплен на датчике измерения усилия, к монтажному узлу в точке, совпадающей с геометрическим центром приложения тяги ЭРД, по оси, совпадающей с геометрической осью ЭРД, на нити прикреплен набор эталонных грузов; датчик измерения усилия и привод перемещения эталонных грузов смонтированы на опорной плате, снабженной датчиком температуры, установленным в зоне установки датчика измерения усилия, средствами юстировки для совмещения геометрической оси испытываемого ЭРД с осью перемещения эталонных грузов и кронштейном для монтажа кабелей подвода электрической энергии и трубопровода подвода рабочего тела к ЭРД.This goal is achieved by testing the electric propulsion device installed on the mounting unit in such a way that its geometric axis is directed vertically, the mounting unit is mounted on the force measuring sensor, to the mounting unit at a point that coincides with the geometric center of application of the electric propulsion rod, along the axis coinciding with the geometric axis ERD, a set of reference weights is attached to the threads; a force measurement sensor and a reference load movement actuator are mounted on a base plate equipped with a temperature sensor installed in the installation area of the force measurement sensor, adjustment means to align the geometrical axis of the tested electric propulsion with the axis of reference load movement and an arm for mounting cables for supplying electrical energy and a working supply pipe body to ERD.
Еще одним недостатком устройства-прототипа является отсутствие возможности испытаний полного комплекта ЭРД с измерением тяги каждого ЭРД (что не позволяет, например, выявить правильность адресации и характеристики бортового комплекта кабелей, взаимное влияние двигателей друг на друга, несанкционированную подачу питания и т.п.), а также невозможность использовать штатный комплект кабелей (из-за расстояний между коромыслами и габаритов испытательных устройств) без кабелей-удлинителей, снижающих достоверность испытаний.Another disadvantage of the prototype device is the inability to test a complete set of electric propulsion with the measurement of thrust of each electric propulsion (for example, it does not allow to identify the correct addressing and characteristics of the on-board cable set, the mutual influence of engines on each other, unauthorized power supply, etc.) and the inability to use a standard set of cables (due to the distance between the rocker arms and the dimensions of the test devices) without extension cables that reduce the reliability of the tests.
Поэтому еще одной целью изобретения для устройства является обеспечение возможности испытаний комплекта ЭРД.Therefore, another objective of the invention for the device is to enable testing of a set of electric propulsion.
Эта цель (для устройства) достигается тем, что устройство предусматривает установку комплекта ЭРД таким образом, что геометрическая ось каждого испытываемого ЭРД, установленного на соответствующий монтажный узел, направлена вертикально, каждый монтажный узел крепится на отдельный датчик измерения усилия, к каждому монтажному узлу в точке, совпадающей с геометрическим центром приложения тяги ЭРД, по оси, совпадающей с геометрической осью ЭРД, на нити прикреплен набор эталонных грузов; датчики измерения усилия и привод перемещения эталонных грузов смонтированы на опорной плате, снабженной датчиками температуры, установленными в зонах установки датчиков измерения усилия, средствами юстировки для совмещения геометрической оси каждого испытываемого ЭРД с соответствующей осью перемещения эталонных грузов и кронштейнами для монтажа кабелей подвода электрической энергии и трубопровода подвода рабочего тела к ЭРД, а также опорная плата снабжена такелажными средствами и системой фиксации монтажных узлов для предохранения датчиков измерения усилия от механических повреждений.This goal (for the device) is achieved by the fact that the device provides for the installation of a set of electric propulsion devices in such a way that the geometric axis of each test electric propulsion device installed on the corresponding mounting unit is directed vertically, each mounting unit is mounted on a separate force sensor, to each mounting unit at a point coinciding with the geometrical center of application of the thrust of the electric propulsion, along the axis coinciding with the geometric axis of the electric propulsion, a set of reference weights is attached to the thread; force measurement sensors and a drive for moving standard loads are mounted on a base plate equipped with temperature sensors installed in the areas where the force sensors are installed, adjustment tools to align the geometric axis of each tested electric propulsion with the corresponding axis for moving standard loads and brackets for installing cables for supplying electric energy and piping the supply of the working fluid to the electric propulsion system, as well as the base plate is equipped with rigging means and a system for fixing the mounting units for protection Ia force measuring sensor from mechanical damage.
Кроме этого, одним из требований к устройству, используемому для измерения тяги ЭРД, является отсутствие элементов, применяемых с использованием смазочных материалов (т.к. наличие паров масла в вакуумной камере приводит к ухудшению характеристик ЭРД). Поэтому еще одной целью изобретения для устройства является применение привода перемещения эталонных грузов, исключающего использование смазочных материалов (без использования электродвигателя и подшипников).In addition, one of the requirements for the device used to measure propulsion for electric propulsion is the absence of elements used with lubricants (since the presence of oil vapor in the vacuum chamber leads to a deterioration in the performance of electric propulsion). Therefore, another objective of the invention for the device is the use of a drive moving standard loads, eliminating the use of lubricants (without the use of an electric motor and bearings).
Эта цель достигается тем, что привод перемещения эталонных грузов выполнен в виде герметичного пневматического привода, перемещающегося под действием подаваемого в него избыточного давления.This goal is achieved by the fact that the drive moving the reference weights is made in the form of a sealed pneumatic drive, moving under the action of the excess pressure supplied to it.
Суть изобретения поясняется чертежами фиг.1, 2.The essence of the invention is illustrated by the drawings of figures 1, 2.
На чертеже фиг.1 приведена функциональная схема для реализации способа измерения тяги с вертикальным размещением одного ЭРД.The drawing of figure 1 shows a functional diagram for implementing a method of measuring traction with the vertical placement of one electric propulsion.
Конструктивно устройство состоит из ЭРД 1, вертикально закрепленного на монтажный узел 2, установленный на датчик измерения усилия 3, с преобразовательным элементом 4, работающим на принципе упругой деформации и преобразующим величину деформации в пропорциональный электрический сигнал (например, тензометрический датчик). Датчик измерения усилия установлен на опорную плату 5, снабженную механизмом юстировки 6 датчика измерения усилия и датчиком температуры 7, установленным в зоне установки датчика измерения усилия. К монтажному узлу в точке, совпадающей с геометрическим центром приложения тяги ЭРД (точка О), по оси, совпадающей с геометрической осью испытываемого ЭРД, на нити 8 прикреплен набор эталонных грузов 9, для перемещения которых при нагрузке (разгрузке) датчика измерения усилия на опорной плате размещен привод 10 с приемной чашей 11. Для компенсации веса и жесткости основного трубопровода подвода рабочего тела 12 и кабеля подвода электрической энергии 13 к ЭРД предусмотрен гибкий трубопровод 14 и гибкий кабель 15 (по длине значительно меньший бортового кабеля), монтаж которых производится на кронштейне 16, также прикрепленном к опорной плате. Питание и сбор информации с датчиков 4, 7 производится с помощью кабеля 17. Управление приводом 10 производится с помощью трубопровода 18. Трубопроводы 12, 18, кабель подвода электрической энергии 13 и кабель 17 через гермопроходную плату 19 выводятся из вакуумной камеры 20, в которую установлена вся сборка, и сообщаются с испытательным комплексом 21.Structurally, the device consists of an
На чертеже фиг.2 приведена функциональная схема для реализации способа измерения тяги с вертикальным размещением комплекта ЭРД.The drawing of figure 2 shows a functional diagram for implementing a method of measuring traction with vertical placement of the set of electric propulsion.
Конструктивно устройство состоит из нескольких ЭРД 1, каждый из которых вертикально закреплен на собственном монтажном узле 2, установленном на датчик измерения усилия 3, с преобразовательным элементом 4, работающим на принципе упругой деформации и преобразующим величину деформации в пропорциональный электрический сигнал. Каждый датчик измерения усилия установлен на опорную плату 5, снабженную механизмами юстировки 6 и датчиками температуры 7, установленными в зонах установки датчика измерения усилия. К каждому монтажному узлу в точке, совпадающей с геометрическим центром приложения тяги ЭРД (точка О), по оси, совпадающей с геометрической осью испытываемого ЭРД, на нити 8 прикреплен набор эталонных грузов 9, для перемещения каждого набора эталонных грузов при нагрузке (разгрузке) датчика измерения усилия на опорной плате размещен привод 10 с приемной чашей 11. Для компенсации веса и жесткости основного трубопровода подвода рабочего тела 12 и кабеля подвода электрической энергии 13 к ЭРД предусмотрены гибкие трубопроводы 14 и гибкий кабель 15, монтаж которых производится на кронштейнах 16, также прикрепленных к опорной плате. Питание и сбор информации с датчиков 4, 7 производится с помощью кабеля 17. Управление приводами 10 производится с помощью трубопровода 18. Трубопроводы 12, 18, кабель подвода электрической энергии 13 и кабель 17 через гермопроходную плату 19 выводятся из вакуумной камеры 20, в которую установлена вся сборка, и сообщаются с испытательным комплексом 21. Для перемещения устройства в виде сборки предусмотрены такелажные средства 22 и система фиксации монтажных узлов 23 для предохранения датчиков измерения усилия от механических повреждений.Structurally, the device consists of several
Реализация заявляемого способа производится следующим образом. Каждый из ЭРД устанавливается на соответствующий монтажный узел. На время сборки схемы, подготовительных работ и перегрузки монтажные узлы фиксируются системой фиксации монтажных узлов 23 от перемещений относительно опорной платы 5 с целью предохранения датчиков измерения усилия от механических повреждений. После завершения монтажа ЭРД и сборки электрической и пневматической схем производятся предварительные проверки системы. После чего опорная плата с помощью такелажных средств переставляется в вакуумную камеру, через гермопроходную плату схема испытаний ЭРД подключается к испытательному комплексу, в состав которого входит бортовой прибор управления. Система фиксации монтажных узлов выводится в нейтральное положение. С помощью механизмов юстировки производится юстировка каждого ЭРД, в процессе которой геометрическая ось каждого ЭРД совмещается с осью приложения усилия калибровки (по направлению натяжения нити 8). Вакуумная камера закрывается и откачивается до уровня вакуума, требуемого по условиям испытаний. Производится калибровка каждого датчика измерения усилия. Путем пошагового перемещения приводов 10 в крайнее нижнее и крайнее верхнее положение происходит нагружение и разгрузка каждого датчика измерения усилия и регистрация соответствующего выходного сигнала Uвых к. По мере выполнения калибровки получают зависимости:The implementation of the proposed method is as follows. Each of the electric propulsion units is mounted on the corresponding mounting unit. During the assembly of the circuit, preparatory work and overload, the mounting units are fixed by the fixing system of the mounting
гдеWhere
Рк - усилие калибровки;Pk is the calibration force;
i - номер ЭРД в комплекте.i - number of electric propulsion in the set.
В процессе испытаний ЭРД изменяется температура посадочного места (и, следовательно, характеристики), чувствительного элемента датчика измерения усилия, температура (и, следовательно, жесткость) гибкого трубопровода 14 и гибкого кабеля 15. Поэтому в паузах между включениями ЭРД периодически производится калибровка, при этом учитываются показания датчика температуры 7, установленного в зоне установки датчика измерения усилия - Т. Результатом калибровки в этом случае являются коэффициенты аппроксимации, полученные по зависимостям:In the process of testing the electric propulsion, the temperature of the seat (and, therefore, the characteristics), the sensing element of the force measuring sensor, the temperature (and, therefore, the stiffness) of the
гдеWhere
j - номер предыдущего включения i-того ЭРД по программе испытаний.j is the number of the previous inclusion of the i-th ERD according to the test program.
В случае линейной зависимости выходного сигнала от усилия калибровки при определенной температуре Тк ij в результате аппроксимации зависимость (2) будет иметь вид:In the case of a linear dependence of the output signal on the calibration force at a certain temperature Tk ij as a result of approximation, dependence (2) will have the form:
где kij и bij - коэффициенты линейной аппроксимации.where k ij and b ij are the linear approximation coefficients.
Измерение тяги каждого из ЭРД из состава комплекта производится следующим образом. В ходе испытаний производится цикл последовательных включений и калибровок каждого из ЭРД. При включении каждого из ЭРД, входящего в комплект, в электронный протокол (таблица 1) испытаний заносятся значения выходного сигнала и температуры посадочного места датчика измерения усилия для, отнесенные к текущему времени испытаний.The thrust of each of the electric propulsion from the kit is measured as follows. During the tests, a cycle of successive inclusions and calibrations of each of the electric propulsion is made. When each of the electric propulsion engines included in the kit is included in the electronic protocol (table 1) of the tests, the values of the output signal and the temperature of the seat of the force measurement sensor are entered for the current test time.
После каждого включения любого ЭРД производится калибровка всех ЭРД, входящих в комплект, результаты калибровки каждого ЭРД заносятся в электронный протокол испытаний (таблица 2). Так как в вакууме теплообменные процессы идут достаточно медленно, принимается, что температура посадочного места датчика измерения усилия на период калибровки Тк ij постоянна (действительную динамику изменения Тк ij возможно определить, замерив температуру в начале и конце цикла калибровки).After each inclusion of any electric propulsion, all the electric propulsors included in the set are calibrated, the calibration results of each electric propulsion are entered into the electronic test report (table 2). Since heat exchange processes are quite slow in a vacuum, it is assumed that the temperature of the seat of the force measurement sensor for the calibration period Tk ij is constant (the actual dynamics of the change of Tk ij can be determined by measuring the temperature at the beginning and end of the calibration cycle).
Примечание:Note:
1) m1, m2, m3, m4 - массы эталонных грузов, используемых для калибровки i-того ЭРД;1) m1, m2, m3, m4 - masses of reference weights used for calibration of the i-th electric propulsion;
2) g - ускорение свободного падения;2) g is the acceleration of gravity;
3) коэффициенты kij и bij - определяются выражением (3).3) the coefficients k ij and b ij are determined by the expression (3).
По мере проведения испытаний в электронном протоколе испытаний накапливаются данные по включениям и калибровке каждого ЭРД. После проведения испытаний для каждого i-того ЭРД составляется зависимость калибровочных коэффициентов аппроксимации от температуры посадочного места датчика измерения усилия на период калибровки (таблица 3).As the tests are carried out, data on the inclusions and calibration of each electric propulsion are accumulated in the electronic test report. After testing for each i-th ERE, the dependence of the calibration approximation coefficients on the temperature of the seat of the force measurement sensor for the calibration period is compiled (table 3).
посадочного места
датчика измерения
усилияTemperature
seat
measurement sensor
аппроксимацииLinear coefficients
approximations
Расчет действительного значения тяги каждого из ЭРД на текущий момент времени при определенном значении температуры посадочного места датчика измерения усилия производится после проведения испытаний путем обработки электронного протокола испытаний по следующему алгоритму. Для каждого значения выходного сигнала Uвых i (t), зафиксированного при температуре посадочного места датчика измерения усилия Т i (t) (таблица 1), из таблицы 3 подбирают коэффициенты аппроксимации, соответствующие температуре калибровки Тк i j, по величине наиболее близкой к Т i (t) - kiA и biA. Соответственно, тяга i-того ЭРД на текущий момент времени F i (t) будет рассчитываться как:The calculation of the actual value of the thrust of each of the electric propulsion engines at the current time at a certain temperature of the seat of the force measurement sensor is made after testing by processing the electronic test report according to the following algorithm. For each value of the output signal Uout i (t) recorded at the seat temperature of the force measuring sensor T i (t) (table 1), approximation coefficients corresponding to the calibration temperature Tk ij are selected from table 3, which is closest to T i ( t) - k iA and b iA . Accordingly, the thrust of the i-th electric propulsion at the current moment of time F i (t) will be calculated as:
Таким образом, рассчитывается тяга каждого ЭРД, входящего в бортовой комплект КА. Технический результат: повышение достоверности, сокращение длительности и стоимости испытаний, обеспечение возможности испытаний комплекта ЭРД с измерением тяги, адаптация схемы испытаний к условиям вертикальной вакуумной камеры.Thus, the thrust of each electric propulsion included in the spacecraft set is calculated. Effect: increasing the reliability, reducing the duration and cost of testing, providing the possibility of testing a set of electric propulsion with thrust measurement, adapting the test scheme to the conditions of a vertical vacuum chamber.
К характерным примерам применения данного изобретения можно отнести испытания комплекта электрореактивных двигателей поставки Исследовательского Центра им. Келдыша совместно с бортовым прибором управления поставки Научно-производственного центра Полюс в Научно-производственном объединении Прикладной Механики им. М.Ф.Решетнева в вакуумной камере КВУ-400 (рабочая высота - 11 м, рабочий диаметр - 5,6 м).Typical examples of the application of this invention include testing a set of electric propulsion engines supplied by the Research Center. Keldysh together with the on-board supply control device of the Polyus Research and Production Center in the Scientific and Production Association of Applied Mechanics named after MF Reshetneva in the vacuum chamber KVU-400 (working height - 11 m, working diameter - 5.6 m).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105132/28A RU2312316C1 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Method and device for measuring thrust of electric jet engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105132/28A RU2312316C1 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Method and device for measuring thrust of electric jet engines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2312316C1 true RU2312316C1 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=38903942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006105132/28A RU2312316C1 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Method and device for measuring thrust of electric jet engines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2312316C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278281A (en) * | 2013-04-25 | 2013-09-04 | 北京航天试验技术研究所 | Turntable-method thrust vector measuring system |
| RU2561801C1 (en) * | 2014-07-16 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method for testing electric propulsion motor (epm) and bench for its performance |
| CN106706208A (en) * | 2016-12-14 | 2017-05-24 | 中国燃气涡轮研究院 | Aero-engine vector-thrust measurement-bench-rack static calibration method |
| CN107860504A (en) * | 2017-10-10 | 2018-03-30 | 西安航天动力试验技术研究所 | The Quasi dynamic thrust measurement calibration integrated apparatus of attitude control engine |
| CN109900479A (en) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 大连理工大学 | A kind of six-vector power/torque loading device for simulated engine working condition |
| CN111964912A (en) * | 2020-09-01 | 2020-11-20 | 北京航空航天大学 | Calibration device and thrust test system |
-
2006
- 2006-02-20 RU RU2006105132/28A patent/RU2312316C1/en active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278281A (en) * | 2013-04-25 | 2013-09-04 | 北京航天试验技术研究所 | Turntable-method thrust vector measuring system |
| RU2561801C1 (en) * | 2014-07-16 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method for testing electric propulsion motor (epm) and bench for its performance |
| CN106706208A (en) * | 2016-12-14 | 2017-05-24 | 中国燃气涡轮研究院 | Aero-engine vector-thrust measurement-bench-rack static calibration method |
| CN107860504A (en) * | 2017-10-10 | 2018-03-30 | 西安航天动力试验技术研究所 | The Quasi dynamic thrust measurement calibration integrated apparatus of attitude control engine |
| CN109900479A (en) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 大连理工大学 | A kind of six-vector power/torque loading device for simulated engine working condition |
| CN109900479B (en) * | 2019-03-28 | 2020-04-07 | 大连理工大学 | Six-dimensional vector force/moment loading device for simulating working state of engine |
| CN111964912A (en) * | 2020-09-01 | 2020-11-20 | 北京航空航天大学 | Calibration device and thrust test system |
| CN111964912B (en) * | 2020-09-01 | 2021-09-17 | 北京航空航天大学 | Calibration device and thrust test system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2312316C1 (en) | Method and device for measuring thrust of electric jet engines | |
| US9052250B1 (en) | Method of calibrating a force balance | |
| CN107202660B (en) | 4-25N attitude control engine thermal vacuum environment stable state thrust calibration measuring device | |
| CN107148384B (en) | Test device, system and method for statically determining the play of an aircraft control surface | |
| CN103217287B (en) | Rolling support linear feeding system static and dynamic performance proving installation and method of testing | |
| KR101227772B1 (en) | Wholesomeness test equipment for enclosed type spring hanger | |
| JP4516367B2 (en) | CT gantry balance system | |
| EP3891484B1 (en) | Automated work piece testing system and method for same | |
| CN108896305A (en) | Aluminum enclosure bearing block Thermal-mechanical Coupling strain measurement system and measurement method | |
| CN108168774A (en) | A kind of space vector force calibration method | |
| CN110307860A (en) | A kind of differential type Hall multi-turn position absolute position transducer and its detection method | |
| ITMI20071712A1 (en) | AUTOMATED MACHINE FOR THE WEIGHT OF DEAD WEIGHTS FOR THE CALIBRATION OF EXTENSIMETRIC LOAD CELLS | |
| KR20120096612A (en) | Device for measuring compressive forces of governor spring | |
| CN111579184A (en) | Static rigidity testing device for elastic ring supporting structure of rotor system of aircraft engine | |
| RU2614900C1 (en) | Power measuring stand system for testing aircraft engines | |
| Neumann et al. | The 250mN Thrust Balance for the DLR Goettingen EP Test Facility | |
| CN111089673B (en) | Method for measuring contact force of locking and releasing mechanism | |
| KR20060011054A (en) | Wear properties tester of material | |
| JP2004504592A (en) | Apparatus and method for testing force | |
| CN208780465U (en) | A kind of Time series analysis | |
| Quest et al. | Tools & Techniques for High Reynolds Number Testing-Status & Recent Improvements at ETW | |
| Macek et al. | Energy-saving mechatronic system for fatigue tests of materials under variable-amplitude proportional bending and torsion | |
| RU2243526C1 (en) | Method and device for measuring hinge moment of control surfaces of flying vehicle model during testing inside aerodynamic tunnel | |
| Herbin | Design and modeling of an exoskeleton torque sensor | |
| RU2799168C1 (en) | Method and device for testing small arms and/or bench tests of rocket engines |