[發明專利]一種微小推力的標定方法

無效

• 申請號: 200910080548.0
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101514928A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 王安良;湯海濱;胡曉亮;鐘凌偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L1/04
• 分類號: G01L1/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域：

本發明涉及一種微小推力的標定方法，屬于空間微小推力發動機技術領域。

背景技術：

微、電推進等空間用微小推力發動機技術在航空航天等許多領域都有廣泛的應用，發動 機地面試驗中微小推力測量是一項關鍵技術，只有獲得實測的推力，才能獲取發動機的實際 性能參數(發動機實際比沖)，并開展進一步的設計和研制工作。

由于微小推力發動機工作時的推力非常小(mN級或μN級)，推進劑氣路、電路的連接 又對推力的測量產生很大的影響，而整個發動機必須在真空下工作，因而給推力的直接測量 帶來很大困難。

針對發動機微小推力的測量，根據推力性質的不同，國外采用了不同方法和推力架進行 了測量，其結構包括目標靶、彈性元件、天平、懸擺和光學測量系統等，但測量架均含有非 彈性部分，測量精度只能通過多次實驗測量的方法得到，或測量系統復雜，許多重要細節均 未公開報道。

就國內而言，北航研制出的名稱為《一種適用于空間微小推力發動機的推力測量系統》 已經獲得發明專利，專利號為ZL?2006?1?0089041.8。這種推力測量系統采用叉簧支撐來消 除摩擦，采用各種彈性元件來消除干擾，但是只能測量毫牛級推力。這種系統方案無法滿 足更進一步的對微牛級發動機推力的測量。

清華大學采用電子天平的方法測量發動機工作的小推力，(陳黎明，趙文華，劉巖松。低 功率電弧加熱發動機的實驗研究。Vol.10，No.2，2002)，屬于非彈性支撐和連接。

中科院空間中心采用扭擺測量了小推力，(吳漢基，馮學章，等。氮氫混合氣電弧加熱 發動機的性能試驗，中國空間科學技術，2002年，第4期)，但未采用彈性連接和電磁控制。

本發明以懸掛的薄片彈性元件(彈簧片)作為敏感元件，使系統符合虎克定律，將μN級 推力施加到薄片彈性元件上，通過彈性元件末端位移量的轉換，最終測量出發動機穩態微小 推力。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種微小推力的標定方法，針對目前國內微牛級推力測量裝置的 問題，主要是支撐元件和附件連接影響微小推力的準確測量和微小推力的標定問題，而采用 以彈簧片作為關鍵彈性敏感元件，通過位移量的轉換和靜電力標定的方法，較精確地測量出 微小推力發動機穩態微小推力，推力測量范圍為0～500μN。

本發明一種微小推力的標定方法，其技術方案如下：

1、測量原理

彈性元件受力會變形，發生一定角度的偏轉。在彈性元件的彈性形變范圍內，變形程度 將與它所受力的大小對應。我們的測量方案利用的就是敏感彈性元件的這種彈性形變的可重 復性。已知的標定力會讓彈性元件發生偏轉，偏轉的程度由位移傳感器讀取，將每個已知力 對應的偏轉位移記錄下來，通過各標定點，可以繪制“力-位移”標定曲線；當實際測量時， 推力器的作用導致同樣的彈性元件發生偏轉，參照之前得到的標定曲線，根據實際測量的偏 轉位移大小，就能得到要測量的推力。

以上所謂的已知力是指，兩標定電極間加電壓產生的相互作用力。這個力可以由極板大 小，電壓差和極板間距離計算，也可以采用直接的方法測量。再用這個靜電力來標定推力測 量系統，得到一組彈簧片位移和作用力之間的關系曲線。這個曲線即為標定曲線。在實際測 量過程中，只需讀出推力器的實時推力造成的彈簧片的位移變化。根據標定曲線即可以得到 推力測量結果。測量原理如圖1所示。

2、本發明方法所應用的硬件結構

一種微牛級推力測量系統，其具體包括：推力架框架、測量主體、推力器供給系統。

所述的推力架框架由10號角鋼焊接而成，整體噴塑；框架上底面相對邊打兩對位置對 稱的孔；框架下底面，在一條邊的中點及其對邊中心線兩側安裝3個調整支架，用于調節框 架的水平姿態。

所述的測量主體包括：主梁、橫向移動座、縱向移動座、彈簧片、推力器、位移傳感器、 標定電極、傳感器座、電極座、推力器、絕緣板等。

主梁為一整體成開口向下的F型，兩邊安裝在推力架框架上，梁厚度較大，保證了整個 下部推力測量主體的穩定。橫向移動座，上端為槽形并安裝在主梁較長的分支上，裝配螺紋 孔成橫向放置的長方形，用于調節橫向移動?？v向移動座裝配在橫向移動座下方，裝配螺紋 孔成縱向放置的長方形，用于調節縱向移動。傳感器座橫向安裝在縱向移動座上半部，由調 節螺桿和鎖緊螺母構成，調節水平方向的伸縮，材料為硬鋁。