[發(fā)明專利]一種精度可調(diào)的扭擺式微推力測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710233708.5
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN106895936B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立志;章皓男;胡蓬;郭寧;何念栢;沈瑞琪;吳修偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);上海新力動(dòng)力設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明提供一種精度可調(diào)的扭擺式微推力測試裝置，可測試μN(yùn)～mN量級(jí)的微推力，該裝置包括在工作平臺(tái)上依次設(shè)置的位移傳感器、扭擺、配重、電磁阻尼器。本發(fā)明提供的扭擺擺臂為可伸縮式，通過對擺臂長度的調(diào)節(jié)可滿足不同連續(xù)測試精度的需求，且伸縮臂伸出后可實(shí)現(xiàn)不同尺寸待測微推力裝置的裝載測試。設(shè)定扭擺頂板處螺栓定位孔徑大于支柱螺栓固定孔徑，通過微調(diào)頂板可有效減小樞軸安裝的偏心誤差，提高測試精度。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可放置于真空環(huán)境進(jìn)行測試，測量帶寬大，精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微推力測試領(lǐng)域，具體涉及一種精度可調(diào)的扭擺式微推力測試裝置。

背景技術(shù)

對于空間探索，科學(xué)家們的主要工作集中于研制大推力的發(fā)動(dòng)機(jī)來滿足動(dòng)力需求。近些年，隨著MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的迅速崛起，質(zhì)量在1～100kg級(jí)的微納衛(wèi)星因具有制作和發(fā)射成本低、周期短、隱身性好、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)而迅速崛起。微推力器是微納衛(wèi)星姿態(tài)控制、軌道保持以及機(jī)動(dòng)的重要執(zhí)行元件，要求產(chǎn)生較小的推力且達(dá)到較高的精度。微推力是體現(xiàn)微推力器技術(shù)性能和可靠性的重要參數(shù)，所以微推力測試成為了微推力器研制的關(guān)鍵技術(shù)。

常用的微推力測試平臺(tái)有天平型、單擺型、懸絲型、扭擺型等。天平型測試平臺(tái)可以將重力與推力分離，消除重力的影響，而且天平處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，靈敏度高，但該結(jié)構(gòu)分別率有限；單擺型測試平臺(tái)可以通過將導(dǎo)線、靶材供給線路等安裝于擺臂內(nèi)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法來減小這些部分對測試結(jié)果的影響，但無法消除重力對測試結(jié)果的影響，精度也不是很高；懸絲型測試平臺(tái)精度高，體積小，但對環(huán)境的擾動(dòng)反應(yīng)較靈敏。目前，國內(nèi)外比較成熟的測試技術(shù)是天平型和單擺型，但只能滿足mN～N量級(jí)的測試要求。而扭擺型平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)推力與重力分離，可測微推力器質(zhì)量大，精度高，可滿足更小量級(jí)微推力的測試。

國外最先開始對扭擺式測試平臺(tái)進(jìn)行研制。2004年，日本東京大學(xué)新能源部H.Koizumi團(tuán)隊(duì)在《Journal?of?Applied?Physics–Review?of?Scientific?Instruments》期刊中發(fā)表了題為《Development?of?thrust?stand?for?low?impulse?measurement?frommicrothrusters》的論文。文中提到一種扭擺式微沖量測試裝置，該裝置包括傳感器、阻尼器、撓性軸、工字型擺臂、配重等結(jié)構(gòu)，適用于脈沖等離子體微推力器和激光燒蝕微推力器，結(jié)構(gòu)簡單，測試精度為2.1mN。但該裝置擺臂與中心樞軸固定接觸面較小，難以消除擺臂與樞軸不完全垂直帶來的誤差。

國內(nèi)關(guān)于扭擺型微推力測試裝置的研制始于近幾年。2011年公開的中國科學(xué)院廣州能源研究所岑繼文等人的發(fā)明專利(公開號(hào)：CN102169035A)涉及一種扭擺式高精度微推力測試系統(tǒng)，利用下方的石蠟固化杯使撓性軸下端固定，利用連接線連接撓性軸上端以便調(diào)整撓性軸豎直放置。該裝置體積小，使用方便。但用于調(diào)整位置的撓性軸上方連接線在測試過程中易收到外部擾動(dòng)而引入測試誤差。2016年公開的中國科學(xué)院力學(xué)研究所李飛等人的發(fā)明專利(公開號(hào)：CN105784237A)涉及一種微推力測試系統(tǒng)及方法，可通過工控機(jī)控制升降臺(tái)高度，測試給定加載下的擺推理響應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)在線標(biāo)定，適用1～1000mN的微推力測試，測試帶寬大、精度高。但該裝置中兩個(gè)撓性軸上下放置位置固定，若存在偏心誤差則無法調(diào)整。同年公開的中國人民解放軍裝備學(xué)院葉繼飛等人的發(fā)明專利(公開號(hào)：CN106092399A)涉及一種基于扭秤的航天微推力器沖量測試臺(tái)，包括測試臺(tái)座、扭秤臺(tái)、標(biāo)定器和線位移測試器四部分，系統(tǒng)載荷承重大，分辨能力強(qiáng)，測試精度高，測試周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)kg級(jí)航天微推力器微沖量測試。但該裝置得擺臂長度變換是間斷的，不能實(shí)現(xiàn)某個(gè)范圍內(nèi)連續(xù)的精度變化需求。

根據(jù)目前國內(nèi)外研究進(jìn)展，扭擺式微推力測試裝置的研制存在以下問題：

(1)測試范圍多在mN～N量級(jí)，難以滿足μN(yùn)～mN量級(jí)微推力測試；

(2)擺臂長度大多固定，配重位置固定，測試精度因而單一固定；

(3)大多使用兩個(gè)撓性軸，沒有明確的方法減小兩個(gè)軸安裝時(shí)的偏心誤差；