一种发动机推力测量台架及推力测试方法与流程

1.本发明涉及航空航天发动机测试技术领域，尤其涉及一种发动机推力测量台架及推力测试方法。


背景技术：

2.液态火箭发动机试车中推力测量主要是对平均推力的精确测量，测量方法是将发动机固定在试车架的动架上，试车架的动架与定架通过弹性元件连接，试车时，发动机产生的推力使动架和发动机一起向推力方向移动，并通过传力机构作用在测力传感器上，传感器输出的电信号由数据采集系统进行记录。
3.而现有的发动机推力测量台架采用的是轴向固定方式，即定架端部与土建基础的竖直墙面进行固定，定架不能实现完全固定，导致试车时定架振动较大，影响发动机推力测试结果的准确性。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种发动机推力测量台架及推力测试方法，解决了现有技术中定架轴向单一固定方式导致的发动机推力测试结果不准确的技术问题。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种发动机推力测量台架及推力测试方法，具体技术方案如下：
8.一种发动机推力测量台架，包括：
9.定架，轴向通过轴向支撑架固定于土建基础的竖直面上，底部通过基础支撑架固定于土建基础的水平面上；
10.动架组件，一端与定架弹性连接，另一端用于与发动机连接；
11.原位校准装置，设于定架上，动力输出端与动架组件可拆卸连接；
12.测力系统，一端与轴向支撑架相连，另一端与动架组件相连，用于测量发动机推力；
13.发动机试车前，可通过原位校准装置对动架组件施加轴向力，以对测力系统进行校准。
14.进一步，原位校准装置包括伺服电动缸；
15.伺服电动缸通过电动缸支架固定于定架上，动力输出端依次通过标准传感器转接件、标准传感器及拆装组件与动架组件相连。
16.进一步，拆装组件包括第一连接件、调节螺母和第二连接件，第一连接件和第二连接件分别螺纹连接于调节螺母内，并位于调节螺母两侧；
17.第一连接件远离调节螺母的一端与标准传感器可拆卸连接，第二连接件远离调节
螺母的一端与动架组件相连。
18.进一步，测力系统包括测量传感器、2个测量传感器支座及关节轴承；
19.其中一个测力传感器支座设于轴向支撑架上，另一个测力传感器支座设于动架组件上；
20.2个关节轴承分别设于测量传感器的两侧，端部分别与2个测量传感器支座万向连接。
21.进一步，动架组件还通过预加载装置与轴向支撑架相连，预加载装置设于测力系统的两侧；
22.预加载装置被配置为适于对动架组件施加轴向力，以修正测力系统的初始测量值。
23.进一步，定架上还设置有2个安全限位装置；
24.2个安全限位装置间隔设置，并位于定架的宽度方向上，2个安全限位装置还能够与动架组件限位连接，用于限制动架组件过度移动。
25.进一步，任一个安全限位装置包括限位挡块和限位插销；
26.限位挡块设于定架上，限位挡块上还设置有轴向调节螺钉、水平调节螺钉和竖直调节螺钉，
27.限位插销设于动架组件上，端部插设于限位挡块内，并能够与轴向调节螺钉、水平调节螺钉和竖直调节螺钉的端部相抵接。
28.进一步，动架组件包括发动机安装架、定架安装架和多个支撑杆；
29.定架安装架与定架相连，发动机安装架用于与发动机相连；
30.多个支撑杆设于定架安装架和发动机安装架之间，其中一个支撑杆与定架安装架和发动机安装架可拆卸连接，剩余支撑杆与定架安装架和发动机安装架固定连接。
31.一种发动机推力测试方法，包括如下步骤：
32.控制原位校准装置启动，对测力系统进行原位校准；
33.解除原位校准装置与动架组件的连接关系；
34.控制发动机启动，通过测力系统获取发动机推力测试数据，并进行存储。
35.通过测力系统获取发动机推力测试数据，并进行存储的步骤之前，还包括：
36.查看测力系统显示的初始测量值；
37.若初始测量值为负值，则通过预加载装置对动架组件施加轴向力，当测力系统显示的测量值为零时，停止调节预加载装置。
38.(三)有益效果
39.本发明提供的一种发动机推力测量台架及推力测试方法，有效地解决了现有技术的不足。
40.本发明中，发动机推力测量台架的定架通过轴向固定支架固定于土建基础的竖直面上，底部通过基础支撑架固定于土建基础的水平面上，可通过轴向固定支架和基础支撑架对定架进行完全固定，避免试车时定架抖动，影响发动机推力测量结果。定架上还设置有原位校准装置，原位校准装置的动力输出端与动架组件相连，试车前，可通过原位校准装置对动架组件施加轴向力，对测力系统进行原位校准，消除测力系统的测量误差，影响测力系统测试结果的准确性。
附图说明
41.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：
42.图1为具体实施方式中发动机推力测量台架的结构示意图；
43.图2为具体实施方式中发动机推力测量台架的剖视图；
44.图3为具体实施方式中动架组件及预加载装置的结构示意图；
45.图4为具体实施方式中测力系统的结构示意图；
46.图5为具体实施方式中原位校准装置的结构示意图；
47.图6为具体实施方式中原位校准装置的拆装组件的结构示意图；
48.图7为具体实施方式中安全限位装置的结构示意图。
49.【附图标记说明】
50.1、定架；2、轴向支撑架；3、基础支撑架；4、弹性元件；
51.5、动架组件；510、定架安装架；520、发动机安装架；530、支撑杆；
52.6、原位校准装置；
53.610、电动缸支架；611、第一支架；612、第二支架；613、第三支架；
54.620、伺服电动缸；630、标准传感器转接件；640、标准传感器；
55.650、拆装组件；651、第一连接件；652、调节螺母；653、第二连接件；
56.7、测力系统；710、传感器安装座；720、关节轴承；730、测量传感器；
57.8、安全限位装置；
58.810、限位挡块；
59.820、限位插销；821、安装板；822、轴销；
60.830、轴向调节螺钉；840、水平调节螺钉；850、竖直调节螺钉；
61.9、预加载装置。
具体实施方式
62.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
63.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
64.火箭发动机是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机，为人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的推进装置，对发动机的各项使用性能要求极高。
因此，火箭发动机在正式投产前通常要进行发动机推力测试，以检验发动机的推力性能。
65.发动机推力测试借助于测量台架完成，测量方法是将发动机固定在测量台架的动架上，动架与定架1通过弹性元件4连接，试车时，发动机产生的推力使动架和发动机一起向推力方向移动，并通过传力机构作用在测力传感器上，传感器输出的电信号由数据采集系统进行记录。而现有的发动机推力测量台架采用的是轴向固定方式，即定架1端部与土建基础的竖直墙面进行固定，定架1不能实现完全固定，导致试车时定架1振动较大，影响发动机推力测试结果的准确性。
66.基于上述目的，参见图1及图2，本实施例提供了一种发动机推力测量台架，包括定架1、动架组件5、原位校准装置6和测力系统7。其中，定架1轴向通过轴向支撑架2固定于土建基础的竖直面上，底部通过基础支撑架3固定于土建基础的水平面上。动架组件5一端与定架1弹性连接，另一端用于与发动机连接。原位校准装置6设于定架1上，动力输出端与动架组件5可拆卸连接。测力系统7一端与轴向支撑架2相连，另一端与动架组件5相连，用于测量发动机推力。试车前，可通过原位校准装置6对动架组件5施加轴向力，以对测力系统7进行校准。
67.其中，土建基础为经过特殊处理的墙体，具有较强的抗冲击能力。定架1通过轴向支撑架2和基础支撑架3完全固定于土建基础的竖直面和水平面上，发动机在进行推力测量时，定架1无抖动，从而消除了定架1抖动对发动机推力测量结果的影响，提高了测量精度。
68.本实施例中，原位校准装置6用于对测力系统7进行原位校准，通过将原位校准装置6的动力输出端与动架组件5可拆卸连接。试车前，控制原位校准装置6启动，原位校准装置6对动架组件5施加轴向力，对测力系统7进行校准，消除测力系统7的原始误差，使测试结果更加准确。测力系统7原位校准结束后，解除原位校准装置6与动架组件5的连接关系，开始试车。试车时，将发动机安装于动架组件5上，然后控制发动机启动，发动机带动动架组件5轴向移动，将发动机产生的推力经动架组件5传递至测力系统7，然后再经测力系统7、轴向支撑架2依次传递至土建基础上，测力系统7对应显示发动机的推力测试结果，并进行存储。
69.具体地，本实施的原位校准装置6包括伺服电动缸620，伺服电动缸620通过电动缸支架610固定于定架1上，动力输出端依次通过标准传感器转接件630、标准传感器640及拆装组件650与动架组件5相连。
70.如图5所示，电动缸支架610包括第一支架611、第二支架612和第三支架613，其中，第一支架611固定于定架1上，第二支架612通过螺栓固定于第一支架611的上方，第三支架613通过螺栓固定于第二支架612的上方，伺服电动缸620通过螺栓固定于第三支架613上。伺服电动缸620的动力输出端通过螺纹与标准传感器转接件630连接，标准传感器640固定于标准传感器转接件630上，并通过螺栓与拆装组件650相连，拆装组件650与动架组件5相连。本实施例通过设置伺服电动缸620，伺服电动缸620为电驱动模式，便于控制，具有极高的控制精度，与液压缸、气缸等加载方式相比，无需单独配备液压站、气站等动力单元，进而大大简化了测量台架的结构，使得整体结构更加紧凑。
71.测力系统7的原位校准过程为：控制伺服电动缸620启动，并输出发动机模拟推力，模拟推力依次经标准传感器转接件630、标准传感器640和拆装组件650传递至动架组件5上，然后动架组件5将模拟推力再依次经测力系统7、轴向支撑架2传递至土建基础上，将标准传感器640的测量结果与测力系统7的测量结构进行比对，以对测力系统7进行原位校准，
消除测力系统7的原始误差。原位校准结束后，解除拆装组件650与标准传感器640的连接关系，再进行试车。
72.进一步地，本实施例的拆装组件650包括第一连接件651、调节螺母652和第二连接件653，第一连接件651和第二连接件653分别螺纹连接于调节螺母652内，并位于调节螺母652两侧，第一连接件651远离调节螺母652的一端与标准传感器640可拆卸连接，第二连接件653远离调节螺母652的一端与动架组件5相连。
73.如图6所示，第一连接件651通过螺栓与标准传感器640相连，第二连接件653通过螺栓与动架组件5相连，第一连接件651和第二连接件653与调节螺母652的连接侧为螺杆结构，第一连接件651和第二连接件653分别通过螺杆螺纹连接于调节螺母652内。测力系统7原位校准结束后，拆除第一连接件651与标准传感器640的连接螺栓，旋转调节螺母652，调节螺母652带动第一连接件651向远离标准传感器640的一侧移动，可实现在不拆除任何零部件的条件下快速将原位校准装置6与动架脱开，可在原位校准过程完成后快速开展试验，进而提高了试验效率。
74.本实施例中，测力系统7包括测量传感器730、2个传感器安装座710及关节轴承720，其中一个测力传感器支座设于轴向支撑架2上，另一个测力传感器支座设于动架组件5上，2个关节轴承720分别设于测量传感器730的两侧，端部分别与2个传感器安装座710铰接。
75.如图4所示，其中一个传感器安装座710通过螺栓固定于轴向支撑架2上，另一个传感器安装座710通过螺栓固定于动架组件5上，2个传感器安装座710均为铰接座。2个关节轴承720采用焊接或螺栓连接的方式刚性连接于测量传感器730的两侧，2个关节轴承720的关节端分别与2个传感器安装座710万向连接。原位校准时，通过将标准传感器640显示的数值与测量传感器730显示的数值进行比对，以对测量传感器730进行修正，消除测量传感器730的初始测量误差。
76.进一步地，本实施例中发动机推力测量台架还包括预加载装置9，动架组件5通过预加载装置9与轴向支撑架2相连，预加载装置9对称设于测力系统7的两侧，预加载装置9被配置为适于对动架组件5施加轴向力，以修正测力系统7的初始测量值。
77.如图3所示，预加载装置9一端通过螺栓与动架组件5相连，另一端通过螺栓与轴向支撑架2相连，预加载装置9为管状接头，包括两个伸缩管和预紧弹簧，通过机械调整预紧弹簧的压缩量带动伸缩管对动架组件5施加轴向力。试车前，查看测量传感器730显示的初始测量值，若初始测量值为正值，则在不做任何处理。若初始测量为负值，调节预加载装置9对动架组件5施加轴向力，直至测量传感器730显示的值为零或正值时，停止调节预加载装置9，以使测量传感器730的初始测量值始终为零或正值，进而提高了测量传感器730的测量精度与稳定性。
78.本实施例中，如图1及图7所示，发动机推力测量台架还包括2个安全限位装置8，2个安全限位装置8间隔设置，并位于定架1的宽度方向上。2个安全限位装置8能够与动架组件5限位连接，用于限制动架组件5的过度移动。
79.试车时，若发动机推力过大将导致动架组件5过度位移，存在安全隐患。本实施例通过设置安全限位装置8，安全限位装置8设于定架1上，并位于定架1的宽度方向上，能够与动架组件5限位连接，用于限制动架组件5轴向、水平方向及竖直方向的过度移动，且安全限
位装置8能够将发动机的推力依次由动架组件5、定架1以及轴向支撑架2传递至土建基础上，从而避免推力测量台架结构损坏。
80.具体地，安全限位装置8包括限位挡块810和限位插销820。其中限位挡块810设于定架1上，限位挡块810上旋拧有轴向调节螺钉811、水平调节螺钉和竖直调节螺钉813；限位挡销设于动架组件5上，端部插设于限位挡块810内，能够与水平调节螺钉、竖直调节螺钉813及轴向调节螺钉811相抵接。
81.如图7所示，2个限位挡块810分别通过螺栓固定于定架1上，限位挡块810内设置有轴孔，限位挡块810的其它3个面上分别设置有螺纹孔，螺纹孔分别与轴孔相连通，轴向调节螺钉811、水平调节螺钉及竖直调节螺钉813分别旋拧于限位挡块810的螺纹孔内。限位插销820包括安装板821，安装板821的两侧分别垂直设置有销轴822，其中一个销轴822插设于动架组件5上，安装板821通过螺栓与动架组件5固定连接，剩余一个挡销插设于限位挡块810的轴孔内，并能够与轴向调节螺钉811、水平调节螺钉及竖直调节螺钉813相抵接。
82.其中，动架组件5水平及竖直方向调节：旋拧2个限位挡块810上的水平调节螺钉或竖直调节螺钉813，水平调节螺钉或竖直调节螺钉813的端部与限位插销820的销轴822相抵接，以在水平方向或竖直对动架组件5进行定位，可实现动架组件5水平方向及竖直方向的顶紧和脱开。动架组件5轴向调节：旋拧2个限位挡块810上的轴向调节螺钉811，轴向调节螺钉811的端部与限位插销820的销轴822相抵接，可对动架组件5进行轴向限位。同时，当发动机过载使得动架组件5过度后移时，动架组件5与轴向调节螺钉811的端面接触，通过轴向调节螺钉811将推力传递至定架1，再由定架1、轴向支撑架2将推力传递至土建基础上，从而对本实施例的发动机试车台推力测量台架整体结构的进行保护。
83.具体地，本实施例的动架组件5包括发动机安装架520、定架安装架510和多个支撑杆530。其中，定架安装架510与定架1相连，发动机安装架520用于与发动机相连，多个支撑杆530设于动架安装架510和发动机安装架520之间，其中一个支撑杆530与动架安装架510和发动机安装架520可拆卸连接，其余支撑杆530与动架安装架510和发动机安装架520固定连接。
84.如图3所示，定架安装架510通过多个弹性元件4与定架1相连，多个弹性元件4的数量优选为4组，每组4个，分别设于水平及竖直方向上，用于限制动架组件5水平及竖直方向的移动。同时，由于弹性元件4具有形变量，动架组件5可轴向微小移动，以满足发动机双向摇摆的试验能力。定架安装架510和发动机安装架520通过多个支撑杆530相连，其中一个支撑杆530两端分别通过螺栓与定架安装架510和发动机安装架520相连，剩余支撑杆530两端分别采用焊接的方式与定架安装架510和发动机安装架520固定连接。具体安装时，可先将支撑杆530拆卸下来，为其它部件提供安装空间，安装完毕后再将支撑杆530的两端与定架安装架510和发动机安装架520相连，进而降低了本实施例发动机推力测量台架的安装难度，提高了安装效率。
85.上述为本实施例的发动机推力测量台架的具体结构，基于上述结构，本实施例还提供了一种发动机推力测试方法，具体包括如下步骤：
86.s01、控制原位校准装置6启动，对测力系统7进行原位校准；
87.具体包括：
88.101、控制伺服电动缸620启动，向外输出发动机模拟推力；
89.发动机模拟推力由标准传感器转接件630、标准传感器640、拆装组件650传递至动架组件5，再由动架组件5经测力系统7、轴向支撑架2传递至土建基础上。
90.102、通过标准传感器640及测力系统7的测量传感器730分别测量发动机模拟推力的具体数值，并根据标准传感器640的测量值对测量传感器730进行修正，消除测量传感器的测量误差。
91.s02、解除原位校准装置6与动架组件5的连接关系；
92.解除拆装组件650第一连接件651与标准传感器640的螺栓连接关系，旋拧调节螺母652，带动第一连接件651向远离标准传感器640的一侧移动，使第一连接件651与标准传感器640脱离接触。
93.s03、将发动机安装于动架组件5上，查看测力系统7显示的初始测量值，若初始测量值为负值，则通过预加载装置9对动架组件5施加轴向力，当测力系统7显示的测量值为零或正值时，停止调节预加载装置9；
94.s04、控制发动机启动，通过测力系统7获取发动机推力测试数据，并进行存储。
95.基于上述发动机推力测试方法获得的测试数据，更加精确。试车前，通过原位校准装置6对测量传感器730进行校正，消除测量传感器730的测量误差。然后通过预加载装置9对动架组件5施加轴向力，使测量传感器730显示的初始测量值为正值或零，以消除轴向支撑架2等其它部件的误差对测量结果的影响，使获得的发动机推力测试结果更加准确可靠。
96.以上，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围内。