[發明專利]一種用于微小推力測量的測量裝置

有效

• 申請號: 201410818411.1
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104535256A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 湯海濱;王寶軍;徐宇杰;楊文將;孔夢迪;任軍學
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L23/06
• 分類號: G01L23/06
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于空間微小推力推力器技術領域，具體來說，是一種用于微小推力測量的測量裝置，是微小推力測量系統的一部分。

背景技術

隨著電推進技術的發展，越來越多的電推力器被設計出來，但是很多電推力器的推力都是mN級的，常規推力測量的方法難以對這么微小的推力進行精確測量。而推力又是推力器的一個非常重要的參數，如果無法確定推力，推力器的一些重要的性能參數，例如比沖也將無法確定，這會為推力器的實際應用帶來很大麻煩。為了能精確測量電推力器的推力，微小推力測量系統被設計出來了。

微小推力測量系統可分為直接測量和間接測量兩種。一般來說直接測量在原理上更簡單，設計比較容易，測量結果也更可靠，例如北京航空航天大學研制出的名為《一種用于空間微小推力發動機的推力測量系統》的測量系統就屬于直接測量的一種。但是直接測量要求把推力器直接安裝到測量系統的動架上，而附加場等離子體推力器質量大、結構復雜，僅僅是用于提供附加磁場的線圈質量就超過50kg，而發動機工作時需要4路水路、2路氣路和4路電路。如果用直接法進行測量的話要把發動機和線圈全部安裝在推力架上，同時還要保證發動機的水路和電路不對測量造成干擾，這是很難實現的。鑒于附加場等離子推力器質量大，結構復雜的特點，難以采用已有的直接測量系統對其進行推力測量。較理想的方式是采用間接推力測量。

間接測量時就可以把復雜發動機系統與測量系統分開，測量系統只需要對發動機噴出的羽流進行測試即可。據現有資料來看，國內清華大學研制過針對微噴管裝置的標靶法推力測量裝置，該裝置中靶的安裝方式為懸掛式，測量時把靶視為單擺的質點。使用單擺模型的前提是靶的懸掛裝置的長度相對靶面的特征長度來說要足夠大，所以這種測量裝置需要較大的空間，而且懸掛安裝的靶必然存在一個轉軸，轉軸處的滑動摩擦力對測量結果會有一定的影響。并且這種測量裝置針對的推力器是一種微型的冷氣推力器，噴出的燃氣是氮氣，溫度較低，而附加場等離子體推力器噴出的是高溫的羽流，工況十分惡劣。另外該系統中用于位移測量的傳感器是電渦流位移傳感器，這種傳感器難以在附加場等離子體推力器羽流的強電磁環境中正常工作。在國外已經有了針對離子推力器的投靶法推力測量裝置，但是國外的投靶法測量裝置在測量靶的位移時用激光反射的方法，這種方法容易受到發動機發出的強光的干擾。而且該系統中靶和位移測量裝置是分開的，每次移動靶的位置都需要重新標定推力架。所以這些裝置都不適合附加場等離子體推力器的推力測量。

發明內容

根據上述問題，本發明專門針對附加場等離子體推力器，設計一種用于微小推力測量的測量裝置，作為投靶法微小推力測量系統的核心部分，

本發明用于微小推力測量的測量裝置，包括靶系統、位移傳感器系統與靶安裝塊；其中，靶系統包括靶、彈性梁與垂直角鋁；位移傳感器系統包括位移傳感器、傳感器安裝桿與傳感器安裝板；

所述靶系統中，垂直角鋁為由橫板與縱板構成的截面為L型鋁件；橫板與靶安裝塊的下表面貼合，橫板端面通過靶安裝塊上設計的定位臺階實現前后方向上的定位；縱板的外側面上開有豎直定位凹槽；彈性梁與定位凹槽配合設置在定位凹槽中，實現彈性梁的定位固定；并使彈性梁頂端頂住靶安裝塊底面；彈性梁底端安裝有靶；所述位移傳感器系統中，傳感器安裝桿豎直設置，頂端與靶安裝塊底面固定；傳感器安裝桿底端通過傳感器安裝板安裝有位移傳感器，使位移傳感器的測量端正對彈性梁中部。

應用本發明推力測量裝置進行測量時把靶安裝塊固定在外部位移機構的移動平臺上，利用靶來承受發動機羽流的撞擊，由于靶和彈性梁固連，而彈性梁的剛度系數較小，容易發生彎曲，因此靶在受到羽流撞擊之后就會發生明顯的移動。位于靶后方的位移傳感器是用來測量彈性梁產生的位移；位移傳感器可以測量其自身到彈性梁之間的間距，這樣在彈性梁發生彎曲時就可以測出彈性梁的位移量。由于發動機羽流在噴射的過程中會有一定的衰減，所以可以通過測量不同位置處的推力，然后分析比較真實推力的值。

本發明的優點為：

1、本發明推力測量裝置，通過靶安裝塊使得整個測量裝置實現的一體化，這樣調整測量裝置和發動機之間的間距就非常方便，甚至可以在測量過程中連續自動調整；

2、本發明推力測量裝置，在使用時靶安裝塊會和一臺位移機構的移動平臺固連，這樣整個測量裝置就可以很方便的移動，同時裝置內部各個部件還能保持相對位置不變，這就使得只要在實驗前進行一次標定就能保證整個實驗過程中測量結果的可靠性；