姿轨控发动机推力矢量测量系统的制作方法

本发明涉及航天器发动机试验测量，具体地，涉及一种姿轨控发动机推力矢量测量系统。

背景技术：

1、发动机在点火工作过程中，由于推进剂燃烧的不均匀性或喷管的几何不对称性等因素，使喷管中的燃气产生非对称流动。这种非对称流动造成发动机工作过程中，其推力实际作用线一般偏离发动机喷管几何理论轴线，推力的大小和方向是不断改变的空间向量，也就是通常所说的发动机推力矢量。推力矢量可用推力偏斜角α、推力偏移δ、推力偏移方位角β等参数来描述。推力矢量的存在不仅影响飞行器的飞行性能，而且对发动机本身的性能以及入轨精度和使用寿命都具有重要影响，是评价发动机性能的重要指标。

2、目前国内进行推力矢量测量的主要方法有两种：间接测量法和直接测量法。

3、间接测量即通过多个传感器空间组合，获取矢量力测量所需的各个参数，然后进行分析计算，得到发动机推力矢量参数。典型的工程结构有六分力试车台、发动机推力矢量转台，这些推力测量装置虽可以实现推力矢量测量，但结构相对复杂，各类约束力对系统影响显著，会引入附加误差，对微小侧向力测量带来很大影响，导致相间互扰难以消除解耦，而且测量过程较为复杂，通常需要对多个分量进行校准。

4、直接测量法是采用矢量力传感器进行测量，在同一圆周上按照特定方式均匀分布4个压电三向力传感器作为推力矢量架测力仪的核心，根据规定的空间位置分布关系，可以测量出作用合力的大小、方向和作用点。直接测量法通常将测力传感器集成在一个模块中，结构简单，便于推力测量与校准装置的总体结构设计，矢量力测量通常一次完成，可靠性高，因此在本发明中采用直接测量方法来进行推力矢量测量。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种姿轨控发动机推力矢量测量系统。

2、根据本发明提供的一种姿轨控发动机推力矢量测量系统，包括底板、测量系统、轴向力校准系统、侧向力及力矩校准系统以及管路安装系统，所述测量系统、所述轴向力校准系统、所述侧向力及力矩校准系统以及所述管路安装系统均安装在所述底板上；

3、所述测量系统包括转接法兰，所述测量系统一端通过所述转接法兰连接姿轨控发动机，且所述测量系统另一端安装在所述底板上；

4、所述轴向力校准系统设置在所述测量系统一侧，所述轴向力校准系统包括校准拉杆，所述轴向力校准系统通过所述校准拉杆连接所述测量系统一端用于标定所述转接法兰x轴向力；

5、所述侧向力及力矩校准系统包括校准滑轮和校准钢丝，所述侧向力及力矩校准系统通过所述校准滑轮和所述校准钢丝连接所述转接法兰；

6、所述侧向力及力矩校准系统设置在所述转接法兰两侧，所述管路安装系统设置在所述测量系统两侧。

7、一些实施方式中，所述测量系统还包括定架、压电式六分力测力台、传感器直角安装座、传力拉杆、转接架；

8、所述转接架一端连接所述转接法兰，且所述转接架另一端连接所述传感器直角安装座，所述传感器直角安装座上安装传力拉杆；

9、所述传感器直角安装座底部连接所述压电式六分力测力台，所述压电式六分力测力台连接所述定架。

10、一些实施方式中，所述轴向力校准系统还包括标准传感器、传感器安装座、气缸、气缸安装座以及支架；

11、所述支架上安装所述气缸安装座，所述气缸安装座上连接所述气缸，所述气缸上连接所述传感器安装座，所述传感器安装座上连接所述标准传感器，所述标准传感器上连接所述校准拉杆，所述校准拉杆头部设置有传力销。

12、一些实施方式中，所述传力拉杆与所述校准拉杆可拆卸连接，所述传力拉杆上设置有腰形孔一，所述传力销卡入所述腰形孔一内设置。

13、一些实施方式中，所述侧向力及力矩校准系统还包括串级砝码、步进电机自动加载装置以及安装支座；

14、所述校准滑轮包括z向校准滑轮和y向校准滑轮，所述校准钢丝包括z向校准钢丝和y向校准钢丝，所述安装支座包括安装支座一和安装支座二，所述串级砝码包括串级砝码一和串级砝码二，所述步进电机自动加载装置包括步进电机自动加载装置一和步进电机自动加载装置二；

15、所述步进电机自动加载装置一上设置串级砝码一，所述安装支座一上设置所述z向校准滑轮，所述z向校准钢丝一端通过所述z向校准滑轮连接所述串级砝码一，所述z向校准钢丝另一端通过所述z向校准滑轮连接所述转接法兰一端用于标定所述转接法兰z轴向力、力矩以及偏心系数；

16、所述步进电机自动加载装置二上设置串级砝码二，所述安装支座二上设置所述y向校准滑轮，所述y向校准钢丝一端通过所述y向校准滑轮连接所述串级砝码二，所述y向校准钢丝另一端通过所述y向校准滑轮连接所述转接法兰另一端用于标定所述转接法兰y轴向力、力矩以及偏心系数。

17、一些实施方式中，所述管路安装系统包括管路安装支座，所述管路安装支座包括压盖、立柱以及三通接头；

18、所述压盖固定在所述底板上，所述立柱可旋转任意角度设置在所述底板上，所述立柱上设置有腰形孔二，所述三通接头上设置有上下调节器，所述三通接头通过所述上下调节器卡入所述腰形孔二内并上下移动设置，且上下调节器由螺杆和螺帽组成。

19、一些实施方式中，所述侧向力及力矩校准系统和所述管路安装系统并排设置，且所述侧向力及力矩校准系统和所述管路安装系统均对称设置在所述测量系统两侧。

20、一些实施方式中，所述压电式六分力测力台由4个三分力传感器构成，每个传感器含有3个弹性晶体，分别对应于x轴、y轴和z轴方向的压力。

21、一些实施方式中，所述转接法兰采用了独特的设计，即沿圆周设置标准侧向力加载点，能够使侧向力和扭矩校准的作用点准确落在所述姿轨控发动机安装对接面上，从而实现在线校准。

22、一些实施方式中，所述气缸用于进行轴向力加载，通过加载卸载阶梯压力的循环实验，可以对x轴方向的所述标准传感器进行校准。

23、一些实施方式中，所述步进电机自动加载装置由步进电机升降平台、安装座、砝码托盘组成。

24、一些实施方式中，所述串级砝码每套含5块等重砝码，单块重量为200±0.1g。所述串级砝码结构采用独特设计，可通过所述步进电机升降平台实现自动加卸载。

25、一些实施方式中，所述立柱可以进行360°旋转调节，调节完成后由所述压盖锁紧所述立柱，以调节推进剂供应管路的安装角度，减少管路应力。所述上下调节器可以调节管路的对接高度，减少管路偏离所述姿轨控发动机轴线方向的应力，同时兼顾所述标准传感器安装和减少振动的影响。

26、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

27、本发明通过围绕测量系统设置轴向力校准系统、侧向力及力矩校准系统以及管路安装系统，消除了测量系统误差，实现了姿轨控发动机推力矢量的精确测量；

28、其中，测量系统一端通过转接法兰与发动机连接，另一端安装在底板上，用于测量x轴、y轴和z轴方向的拉/压力和力矩；

29、其中，轴向力校准系统固定在底板上，位于测量系统后方，通过可脱开的拉杆与测量系统连接，用于标定x轴向力；

30、其中，侧向力及力矩校准系统固定在底板上，位于转接法兰左右两侧，通过定滑轮及钢丝与转接法兰相连，用于标定y轴和z轴向力、力矩以及偏心系数；

31、其中，管路安装系统固定在底板上，位于测量系统左右两侧，用于固定姿轨控发动机入口段推进剂管路和入口压力传感器；

32、通过上述各系统相互配合克服现有推力矢量测量系统的不足，能够同时进行侧向力和力矩校准，并有效排除推进剂供应管路造成的不利影响，以及多传感器或多次点火引起的系统误差。