[發(fā)明專利]一種同時(shí)測量推力器主軸推力和偏心推力的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011280501.1
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112611495B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔景松;何裕昆
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01L5/12
• 分類號: G01L5/12;G01L5/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

一種同時(shí)測量推力器主軸推力和偏心推力的裝置及方法，屬于力的測量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括推力器、兩個(gè)基座、兩個(gè)支撐軸、兩個(gè)力傳感器、推進(jìn)劑導(dǎo)管和力信號處理單元及計(jì)算機(jī)。第一橫梁繞第一支撐軸旋轉(zhuǎn)，第二橫梁繞第二支撐軸旋轉(zhuǎn)；兩支撐軸位于同一豎直平面內(nèi)且平行布置。推力器安裝在第二橫梁上，其主軸軸線與兩個(gè)支撐軸中心連線垂直。該方是將推力分解為主軸推力和偏心推力，偏心推力再分解為二維方向上的兩個(gè)分力，通過力矩平衡方法測量每個(gè)方向上的分力，再通過力的合成，即可給出偏心推力和主軸方向的推力值。本發(fā)明所述裝置具有原理結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足不同類型推力器主軸方向推力和微小偏心推力測量的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種力測量設(shè)備，尤其涉及一種同時(shí)測量推力器微小偏心推力和主軸推力的推力測量裝置及方法，屬于力的測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

推力器的作用是為各種航天器如衛(wèi)星、飛船等空間飛行器提供姿態(tài)調(diào)整和軌道保持控制的沖量，推力器通過工作過程中噴射推進(jìn)劑的方式來提供沿推力器軸線(主軸)方向的推力。但是這些推力器在提供主軸推力的同時(shí)，由于推力器自身在加工過程中的安裝誤差、噴管的加工和位置誤差、推進(jìn)劑的噴射角度變化、催化劑裝填不對稱等因素導(dǎo)致推力器除了產(chǎn)生沿主軸的主推力外，還在噴管出口平面的徑向方向上有推力的分量，即：偏心推力的存在，如果此力過大，會對飛行器的姿態(tài)調(diào)整造成顯著影響。隨著加工精度和組裝測試技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)徑向推力分量的值在逐步減小。如果飛行器對控制精度要求不高，可以忽略這個(gè)分力，當(dāng)飛行器需要完成一些高精度任務(wù)時(shí)，如準(zhǔn)確定點(diǎn)相對位置等，或者推力器要求配對使用時(shí)，將會產(chǎn)生附加力矩作用在飛行器上，這時(shí)徑向推力分量的影響將會變得明顯，因此需要給出此徑向推力分量的力值范圍和作用方向。此力的突出特點(diǎn)是力值很小，與主軸推力相比，其力值約為主軸推力的百分之幾，或者更小，導(dǎo)致測量難度更大。因此，除了測量推力器的主軸方向的推力外，還需要準(zhǔn)確評估和測量推力器的偏心推力。

目前已有的技術(shù)，如(ZL201410141249.4)公開了“一種量程可調(diào)型微小推力測量裝置”，該裝置雖然可以很好的測量推力器的微小推力，但只能夠測量推力器主軸方向的推力，不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量主軸推力和偏心推力的情況。因此，需要開發(fā)同時(shí)能夠測量主軸方向推力和微小偏心推力的推力測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在測量推力器主軸推力的同時(shí)也能對微小偏心推力進(jìn)行測量的推力測量裝置，實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)，即對推力器工作過程中產(chǎn)生的主軸方向的推力和微小偏心推力能同時(shí)進(jìn)行有效的測量，這對研究推力器在真空條件下的工作特性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，使其在航空航天領(lǐng)域?qū)ν屏ζ鞯奈⑿⊥屏ρ芯亢托阅軠y試中起到重要的作用。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種同時(shí)測量推力器主軸推力和偏心推力的裝置，該裝置包括推力器、第一基座、第一橫梁、第一支撐軸、推進(jìn)劑導(dǎo)管、第一力傳感器、力信號處理單元及計(jì)算機(jī)；所述的第一橫梁通過第一支撐軸和第一連接板吊裝在第一基座上，且第一橫梁能夠繞第一支撐軸旋轉(zhuǎn)；其特征在于：該裝置還包括第二基座、第二橫梁、第二支撐軸和第二力傳感器；第一橫梁通過第一支架與第二基座相連接；所述的第二橫梁通過第二支撐軸和第二連接板吊裝在第二基座上，且第二橫梁能夠繞第二支撐軸旋轉(zhuǎn)；所述第一支撐軸和第二支撐軸位于同一豎直平面內(nèi)且平行布置；推力器通過法蘭安裝在第二橫梁的一端，第二橫梁的另一端安裝調(diào)節(jié)質(zhì)量塊；推力器的主軸延長線經(jīng)過第二支撐軸的中心，并與兩個(gè)支撐軸中心連線垂直；所述的力信號處理單元分別通過信號線與第一力傳感器和第二力傳感器連接。

進(jìn)一步地，第一支撐軸和第二支撐軸內(nèi)設(shè)有推進(jìn)劑流道，所述的推進(jìn)劑導(dǎo)管的出口與第一橫梁內(nèi)的推進(jìn)劑流道入口相連通，然后經(jīng)一段豎直導(dǎo)管與第二支撐軸內(nèi)的推進(jìn)劑流道連通，第二支撐軸的推進(jìn)劑流道的出口通過平行于第二橫梁的推進(jìn)劑導(dǎo)管與推力器的進(jìn)口連接。

進(jìn)一步地，在第二支撐軸6下部沿豎直方向設(shè)置第二支架4，該第二支架上端與第二橫梁7固定，第二支架的下端安裝配重塊3。