[發明專利]一種間接測量氣動推力的方法及裝置

無效

• 申請號: 200910243029.1
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101806261A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 潘文霞;吳承康;孟顯
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F02K9/96
• 分類號: F02K9/96
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及一種間接測量氣動推力的簡單方法和裝置。

背景技術

隨著時代的發展，太空制約能力對一個國家的安全起著越來越重 要的作用。先進的空間推進技術是星際航行以至深空科學探測的必要 支撐技術?；鸺l動機在地面進行大量的性能研究和可靠性模擬實驗 是在真正能夠上天運行之前的必經步驟，其中，推力的測量是必不可 少的?；鸺l動機將推進劑向后高速排出，推進劑增加的向后的動量 即等于推力器受到的向前的推力。

直接測量推力在原理上較為簡單，即：將火箭發動機直接置于測 力架上，通過特殊設計的測力系統直接測得從微牛到很大范圍的推力。 但在實際操作中，直接測力的方法也會遇到各樣的困難，使得其實用 性并不如預期的理想，例如：對于尺寸過大及重量重的發動機系統或 試驗系統，很難置于單一的測力架上，抑或使得測量成本急劇增加； 對于毫牛、微牛量級的微小推力的測量，除測力系統本身的阻力以外， 連接于發動機的供氣管和供電電纜設置也會嚴重地影響推力的精確測 量及測量結果的可靠性。鑒于此，人們提出了各種不同原理的測力方 法，例如有倒鐘擺式、雙擺式、扭擺式、多臂式等測量方法；也有直 接將發動機坐在天平上的測力方法，或者是在坐上去的基礎上再做些 重心平衡的處理或補償。這些方法都存在設置調試和校準要求非常高， 需要針對不同種類、重量、形狀的推力發動機進行測力器結構設計和 調試，并且同一測力器對同一形狀和重量的發動機，也會因為每次調 試時難以把握的微小變化而產生無法估測的測量誤差。在這種情況下， 測量精度和準確度很難保證。

發明內容

本發明的目的在于：克服上述的推力測量裝置存在設備調試和校 準要求非常高，同時同一測力器對同一形狀和重量的發動機，也會因 為每次調試時難以把握的微小變化而產生無法估測的測量誤差的缺 陷，提供一種簡單的間接測量氣動推力的方法及裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明提供一種間接測量火箭發動機氣動推力的測量方法，具體 為：利用氣動推力測量裝置中的動壓探針及數據采集系統采集火箭發 動機高超聲速噴流場中各點的動壓信號，利用數據處理和分析系統對 采集到的動壓信號進行誤差分析(包括噪音干擾信號的消除、信號零點 漂移的校正等)、面積分處理，得到推力數據。

進一步，所述誤差分析包括噪音干擾信號的消除、信號零點漂移 的校正。

進一步，包括以下步驟：1)將動壓探針通過探針支撐件固定于可 移動平臺；2)調節動壓探針，使得動壓探針軸線和火箭發動機軸線平 行且在同一高度，同時動壓探針和發動機保持一定的軸向距離；3)通 過平移臺將動壓探針水平移到遠離火箭發動機的位置；4)火箭發動機 產生噴流后，沿垂直于發動機軸線的方向勻速移動可移動平臺，使得 動壓探針掃過高超聲速噴流，置于動壓探針后端的壓差傳感器實時響 應噴流中的動壓信號，數據采集系統實時采集動壓及其分布信號；5) 一次掃描結束后，數據處理和分析系統會對采集到的動壓信號進行誤 差分析、面積分處理，最終得到推力數據。

進一步，實驗測量時，動壓探針與火箭發動機間的距離不能太近， 以影響發動機噴流流場，得到失真的結果；動壓探針與火箭發動機間 的距離也不能太遠，因相距遠時動壓信號太弱，會導致較大的讀數誤 差，同時距離太遠時，噴流與周圍環境的復雜的氣動相互作用，也會 引起一定的誤差，因發動機尺寸、探針尺寸、噴流特性的不同，實際 應用中動壓探針與火箭發動機間的距離需通過實驗和經驗決定。

進一步，本測量方法對冷態或熱態(以至數千度溫度)高超聲速 噴流適用，特別是馬赫數為3以上的超聲速噴流。

一種間接測量氣動推力的裝置，包括動壓探針，探針支撐件，可 移動平臺，數據采集系統，數據分析和處理系統，所述動壓探針，用 于測量噴流動壓信號；所述可移動平臺用于精確控制動壓探針的運動； 所述動壓探針通過探針支撐件設置在所述可移動平臺上，數據采集系 統采集噴流的動壓信號并實時將動壓信號傳送至數據分析和處理系 統，所述的數據分析和處理系統用于將采集到的動壓分布信號進行誤 差分析、面積分處理，得到推力數據。

進一步，所述動壓探針包括動壓探頭和壓差傳感器，該動壓探頭 為針狀結構，其沿動壓探頭軸線方向具有直徑小于1mm的采樣通道， 通過該采樣通道噴流氣體流入動壓探頭，并由動壓探頭尾端設置的壓 差傳感器采集動壓信號。

進一步，所述動壓探頭的前端為錐形。