姿控发动机矢量推力原位校准装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及航天发动机试验，具体地说涉及姿控发动机高空模拟试验前后，矢量推力测量装置原位校准的试验方法。
【背景技术】
[0002]理想状态下，发动机推力与发动机中心轴线重合，但实际情况往往是:由于加工精度的限制，非对称因素的影响，形成发动机的几何不对称性，或者高温高压情况下发动机喉部与喷管的变形以及燃气在喷管内的不对称流动，导致发动机推力作用线偏离发动机中心轴线，从而产生了推力偏心、出现侧向推力和主推力矢量绕推进器质心的力矩，针对这些问题，在某型号2000N发动机研制过程中，提出了矢量推力测量的技术要求。
[0003]针对这一问题，设计了矢量推力测量装置，实现了2000N姿控发动机矢量推力测量，但应用矢量推力测量装置进行矢量推力测量过程中，存在以下问题:
[0004](I)在2000N姿控发动机矢量推力测量过程中，发动机水平安装于矢量力传感器上，在发动机的重量作用下，矢量力传感器会在垂直方向产生一定的形变，这种状态与试验室校准环境不同；
[0005](2)在2000N姿控发动机矢量推力测量过程中，大气压力、环境温度与试验室校准环境不同，导致应用试验室校准系数计算发动机矢量推力的精度降低；
[0006](3)在矢量推力测量过程中，发动机需要通过供应管路进行推进剂供应，而管路安装不能完全消除安装形变，必然会产生一定的初始力值，多次试验需要重复安装管路，这导致初始力值在每次试验过程也不完全相同，这些状态也在试验室内无法模拟；
[0007](4)在发动机矢量推力测量过程中，供应管路会随着矢量力传感器的形变而形变，这就导致发动机的推力传递至矢量力传感器前，部分力值因管路的存在而损失掉，因此，矢量力传感器测得的力值小于发动机的真实矢量推力。
[0008](5)同时，供应管路的存在，会影响矢量力传感器的相间互扰系数。
【发明内容】
[0009]为了消除环境变化、安装状态、管路约束、相间互扰等对姿控发动机矢量推力测量的影响，本发明提供一种姿控发动机矢量推力原位校准装置。
[0010]本发明的技术解决方案:
[0011]姿控发动机矢量推力原位校准装置，其特殊之处在于:包括标准矢量力力源、加载机构、矢量力测量单元、数据采集单元以及数据处理单元，
[0012]所述标准矢量力力源用于根据执行要求产生并控制9个标准力作用在加载机构上；
[0013]所述加载机构用于固定待校准的矢量力传感器，并将9个标准力施加在不同的地方完成待校准矢量力传感器的三个方向的力载荷Fx、Fy、Fz以及三个方向的力矩载荷Mx、My、Mz的加载；
[0014]所述矢量力测量单元用于对待测矢量力传感器输出的电压信号的进行采集并存储至数据处理模块，同时为待校准矢量力传感器的7个应变桥单独提供激励，并对所提供激励进行回测；
[0015]所述数据处理模块用于接收来自标准矢量力力源的加载结果和矢量力测量单元的测量结果，并进行存储对，后通过计算获取待校准矢量力传感器的校准系数。
[0016]标准矢量力力源包括力源控制模块、PLC控制器、9个伺服驱动器、9个电动缸、9个标准传感器以及采集设备，
[0017]9个伺服驱动器、9个电动缸和9个标准力传感器一一对应，依次连接；
[0018]所述力源控制模块包括施加指令产生模块、比较模块以及施加结果反馈模块，所述采集设备用于采集用于在标准力传感器上的实时力值并反馈给力源控制模块;PLC控制器控制对应电动缸运动，电动缸产生的力作用于对应的标准力传感器上；
[0019]所述施加指令产生模块用于根据矢量力传感器校准程序产生施加指令发送给PLC控制器，同时将施加指令中包含的施加标准力值发送给比较模块；
[0020]所述比较模块用于接收数据采集设备反馈的实时力值，并与需要施加的标准力值进行比较后，根据比较结果向施加指令产生模块或施加结果反馈模块发送指令；当实时力值与标准力值在差值在允许范围内，向施加指令产生模块发送停止施加指令，同时向施加结果反馈模块发送施加结果。
[0021]上述加载机构包括加载头、连杆、传感器安装法兰以及后法兰，所述加载头的一端与发动机连接，所述加载头的另一端通过连杆与后法兰连接，所述传感器安装法兰位于后法兰与加载头之间，所述传感器安装法兰固定在不动的基础上，待校准矢量力传感器的一端固定在传感器安装法兰上，待校准矢量力传感器的另一端固定在加载头上；
[0022]设加载头的中心位置为原点，加载头与水平面平行的为X轴，与水平面垂直的为Z轴，发动机的中轴线为Y轴;所述加载头上的设置有六个拉环和两个压座；后法兰上设置有第七拉环；
[0023]拉环用于实现标准拉力的施加，具有3自由度，对施加的标准拉力具有补偿作用；压座用于实现标准压力的施加，具有3自由度，对施加的标准推力具有补偿作用;六个拉环和两个压座通过组合的方式实现?7、？2、]\^、]%和1^标准力的施加；
[0024]第一拉环位于加载头的X轴上，标准拉力Fl通过第一拉环作用在加载头上，标准拉力Fl的方向与X轴同向；第二、三拉环分别位于X轴上且以Y轴对称设置，标准拉力F6通过第二拉环作用在加载头上，标准拉力F7通过第三拉环作用在加载头上，标准拉力F6、标准拉力F7的均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第四拉环位于X轴上，第一压座位于X轴上，第四拉环与第一压座以Z轴对称设置;标准推力F8通过第一压座作用在加载头上，标准拉力F9通过第四拉环作用在加载头上，标准推力F8与标准拉力F9均与Z轴平行，方向相反且大小相同；第五拉环位于加载头的Z轴上，标准拉力F3通过第一拉环作用在加载头上，标准拉力F3的方向与Z轴同向；第六拉环位于加载头的Z轴上，第二压座位于加载头的Z轴上，第六拉环与第二压座以X轴对称设置，标准拉力F5通过第六拉环作用在加载头上，标准推力F4通过第二压座作用在加载头上，标准拉力F5与标准推力F4均与Y轴平行，方向相反且大小相同；标准拉力F2通过第七拉环作用在后法兰上，标准拉力F2的方向与Y轴一致;9个电动缸分别作用在六个拉环、两个压座和第七拉环上。
[0025]上述数据处理单元包括标准力判断模块、标准力采集模块、电压信号采集模块、存储模块以及校准系数计算模块，
[0026]所述标准力判断模块用于接收来自标准矢量力力源的是否为正确的加载结果，并在加载结果正确时，将加载的标准力值发送给标准力采集模块，同时通知电压信号采集模块采集与该加载结果对应的电压信号；
[0027]所述标准力采集模块用于采集标准力判断模块发送的标准力值，并发送给存储模块;所述电压信号采集模块用于从矢量力测量单元采集对应的电压信号，并发送给存储模块;所述存储模块用于按照对应的关系存储采集到的标准力值和电压信号；
[0028]所述校准系数计算模块用于在九个标准力加载完成后，从存储模块中读取对应的数据按照单元校准法计算待校准矢量力传感器的校准系数。
[0029]上述采集设备为DMP40采集设备。
[0030]待校准矢量力传感器通过4个螺栓与传感器安装法兰固定;加载头与矢量力传感器之间通过2个定位销定位后，由4个螺栓固定；
[0031 ]后法兰与加载头之间通过4个带有定位功能的连杆固定。
[0032]上述加载头、连杆和后法兰均采用轻质材料LV12制作。
[0033]本发明所具有的优点:
[0034]1、应用本发明装置可消除管路、线缆等约束环节对姿控发动机矢量推力测量的影响，显著提高矢量推力测量精度；
[0035]2、本发明装置的力源基于电动缸的精确控制技术研制，可实现2Pa高真空环境下标准力加载。
[0036]3、本发明装置的校准范围主推力Fx为O?2000N、侧向力Fy及Fz为O?60N、X轴力矩Mx为O?20N.m、Y轴力矩My为O?1N.m、Z轴力矩Mz为O?50N.m。
[0037]4、本发明装置的控制系统采用PLC自动控制，因此，可以在发动机点火前、后以远程自动校准；
[0038]5、本发明采用LV12制作，质量轻，降低矢量力传感器承担额重量。
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