一种冷气喷嘴推力标定装置及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种推力标定，特别是一种冷气喷嘴推力标定装置及其安装方法。
【背景技术】
[0002]气浮模拟器可以近似模拟出外太空环境下航天器微重力、零摩擦的空间活动，可以直观的验证航天器控制系统的实际功能和性能。而气浮模拟器的推进、俯仰、偏航运动的实现都要依靠冷气喷嘴的推力实现。还有部分微型航天器的推进以及姿态控制也要依靠冷气喷嘴的推力实现。因此，研究冷气喷嘴动、静态推力响应曲线非常重要。
[0003]冷气喷嘴的静态特性一般可以通过数学建模计算或者流场仿真得到，也比较方便通过试验测试得出。冷气喷嘴的动态特性，即在控制喷嘴的电磁开关阀接收到开关指令后产生或消除反作用力的延迟时间，对于控制系统来说更加重要。但是冷气喷嘴的动态特性测量一般比较困难，需要与灵敏的力传感器配合，还需要稳定的实验平台减少震动对测量带来的影响。同时，由于一般灵敏的力传感器都对施力方向的垂直度有一定的要求，因此如何固定冷气喷嘴，保证其与力传感器的垂直度也对于推力测量来说非常重要。
[0004]国内测量喷嘴推力的主要方法是应变片法。在特定形状的薄壁铜管上贴上应变片，喷嘴的推力使薄壁铜管变形，应变片就有信号输出，由此推算出喷嘴的推力。但是此种方法对大推力值的测量是可行的，微小型喷嘴推力值一般都是1mN级的，用此种方法测量就存在一定的问题。因此，利用测力传感器直接测量是测量微小型喷嘴推力的常用方法。但是目前小推力测量技术有以下一些难点和缺陷:
[0005](I)喷管与管接头、气管直接连接，在喷管产生推力过程中，气管中的气体压力与喷管的小推力叠加在一起；
[0006](2)喷管在吹气时，推力与传感器的垂直度产生变化；
[0007](3)试验过程中振动环境对推力测量结果，尤其是动态测量结果干扰比较大。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种冷气喷嘴推力标定装置，该冷气喷嘴推力标定装置提高了推力标定的精确度，实现了消除气管中气流变化对喷嘴推力测量的干扰；提高了推力标定的准确度，实现了消除斜向力对传感器的干扰；提高了推力标定的灵敏度，实现了高灵敏度称重传感器对推力的实时测量。
[0009]本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0010]一种冷气喷嘴推力标定装置，包括气路部分和测试部分；其中气路部分包括气源、减压阀、气容、流量计和开关阀，气源为整个气路提供高压气体，减压阀与气源连接，实现对气路中的高压气体的减压，气容与减压阀相连，保证气路中气流稳定，流量计与气容连接，对进入喷嘴气体流量进行记录，开关阀与流量计连接，实现对进入微小型喷嘴气体的控制；测试部分包括微小型喷嘴、测试工装、大理石平面和PC机；微小型喷嘴安装在测试工装上，测试工装与PC机相连，测试工装固定安装在大理石平面上；气路部分与测试部分连接。
[0011]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置，测试工装包括称重传感器、传感器安装面、测力托盘、喷嘴安装口、喷嘴安装工装和进气口组成；其中喷嘴安装口位于喷嘴安装工装上端，进气口位于喷嘴安装工装侧面，气路部分的开关阀与测试部分的进气口相连，传感器安装面位于大理石平面上，称重传感器固定安装在传感器安装面上部，称重传感器与PC机相连，测力托盘位于称重传感器上部，喷嘴安装工装固定安装在测力托盘上。
[0012]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置，喷嘴安装工装为立方体形状，测力托盘为圆盘形状，传感器安装面为圆形。
[0013]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置，微小型喷嘴固定安装在喷嘴安装口上。
[0014]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置，称重传感器灵敏度不小于1mN级；大理石平面的平面度不大于14 μm ;传感器安装面上下表面的水平度要求不大于2 μπι ;喷嘴安装口内壁与喷嘴安装工装下表面垂直度要求不大于2 μ m0
[0015]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置，所述测试工装的安装方法主要包括以下步骤:
[0016]步骤(一)、将称重传感器水平固定安装在传感器安装面上，称重传感器测力面向上;
[0017]步骤(二 )、将喷嘴安装工装固定在测力托盘上表面圆心位置，喷嘴安装口与测力托盘垂直，进气口与测力托盘水平；
[0018]步骤(三)、将测力托盘固定在称重传感器测力面上；
[0019]步骤(四)、整套测试工装放在大理石平台上进行试验；
[0020]步骤(五)、将称重传感器与PC机连接。
[0021]在上述的一种冷气喷嘴推力标定装置的标定方法，其特征在于:所述的步骤(五)在称重传感器和PC机连接时，为了方便PC机采集数据，在称重传感器和PC机之间串接放大器和USB采集盒。
[0022]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0023](I)本发明创新设计了冷气喷嘴推力标定装置的测试工装，采用了将进气口与喷嘴分开安装的设计，提高了喷嘴推力测量的精确度，实现了消除气管进气时压力变化对推力测量的干扰；
[0024](2)本发明采用了将喷嘴垂直螺纹配合固定的方法，提高了喷嘴推力测量的准确度，实现了消除传感器测力时的斜向力干扰；
[0025](3)本发明采用了大理石平台作为试验平台，提高了喷嘴测力工装的稳定性，实现了消除传感器测力时的振动干扰。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一种冷气喷嘴推力标定装置的结构示意图；
[0027]图2为本发明测试工装示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0029]如图1所示为一种冷气喷嘴推力标定装置的结构示意图，由图可知包括气源1、减压阀2、气容3、流量计4、开关阀5、微小型喷嘴6、测试工装7、承重传感器8、大理石平面9以及PC机10。
[0030]冷气喷嘴推力标定装置主要由气路部分和测试部分两个部分组成。气路部分和测试部分由测试工装7上的进气口 15连接起来。气源I与减压阀2、气容3、流量计4、开关阀5依次连接，构成冷气喷嘴推力标定装置的气路部分。气源I为整个气路提供高压气体，减压阀2为气路中的高压气体减压，调整喷嘴入口处的工作压力，串接气容3可以保证气路中气流稳定，串接流量计4可以记录进入喷嘴的气体流量，开关阀5可以控制进入喷嘴气体的有无。整个气路部分的主要作用就是为微小型喷嘴提供一定工作压力下稳定流量的气体。微小型喷嘴6安装在测试工装7上，测试工装7放在大理石平面9上并将称重传感器8与PC机10相连，它们构成了推力标定装置的测试部分。
[0031 ] 如图2所示为本发明测试工装7的详细示意图，由图可知包括传感器安装面11、称重传感器8、测力托盘12、喷嘴安装口 13、喷嘴安装工装14、进气口 15。
[0032]测试工装7由传感器安装面11、称重传感器8、测力托盘12、喷嘴安装口 13、喷嘴安装工装14、进气口 15组成。进气口 15用于为微小型喷嘴6供气，将气路部分的供气管安装在进气口 15。喷嘴安装口 13用于固定微小型喷嘴6，喷嘴6通过螺纹配合安装