[發明專利]一種扭擺式微小推力測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110982920.8
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113701934B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王偉宗;王海波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/12
• 分類號: G01L5/12
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 黃川;史繼穎

1.一種扭擺式微小推力測量裝置，包括扭擺式推力架靜架、旋轉擺臂、H型樞軸安裝座、撓性樞軸、電路橋接裝置、液封導氣連接件及配平校準件，其特征在于：所述靜架搭建成龍門架式結構，安放于真空容器內，用于支撐整個測量裝置；位移傳感器、永磁鐵固定到所述靜架底部兩根水平地梁上，安裝位置可調節；所述旋轉擺臂兩端分別安裝電推力器與阻尼平行銅板，所述旋轉擺臂與所述靜架之間通過撓性樞軸以及撓性樞軸上端的H型樞軸安裝座連接；所述H型樞軸安裝座設置于撓性樞軸上端并與旋轉擺臂的下表面相連接以調節旋轉擺臂的水平度；所述撓性樞軸通過緊定螺栓固定在H型樞軸安裝座上；所述液封導氣連接件下端安裝在旋轉擺臂上方；所述電路橋接裝置下端安裝在旋轉擺臂側面，并正對撓性樞軸中心；所述液封導氣連接件上端、電路橋接裝置上端安裝于靜架頂部橫梁；所述配平校準件安裝于正對撓性樞軸中心的旋轉擺臂正上方；

所述H型樞軸安裝座一端通過緊定螺栓連接撓性樞軸，另一端設置四個支撐臂；在所述四個支撐臂的末端安裝孔與旋轉擺臂之間加裝預緊彈簧，通過調節所述預緊彈簧固定螺栓旋入深度即預緊彈簧壓縮長度來調整旋轉擺臂的水平度。

2.根據權利要求1所述的扭擺式微小推力測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括十字槽配重塊安裝座，配重安裝于配重塊安裝座的位置能夠自由調節。

3.根據權利要求2所述的扭擺式微小推力測量裝置，其特征在于，所述配平校準件具有兩條互相垂直的槽線，對旋轉擺臂在長、寬兩個方向上的重心進行校驗。

4.根據權利要求2所述的扭擺式微小推力測量裝置，其特征在于，所述液封導氣連接件包括上下兩個互相嵌套的管道進行氣體輸送，上套管為進氣套管包括進氣接口，下套管為出氣套管包括出氣接口，兩套管之間設置液封裝置。

5.根據權利要求2-4任一項所述的扭擺式微小推力測量裝置，其特征在于，所述靜架及旋轉擺臂由鋁型材制成。

6.一種采用如權利要求2-5任一項所述的扭擺式微小推力測量裝置的微小推力測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：旋轉擺臂重心調節，在所述旋轉擺臂上安裝好電推力器、平行銅板、電路橋接裝置、H型樞軸安裝座，并連接和固定電推力器供電線纜和供氣管后，估算所需配重的質量，并選擇加裝在該質量區間內的配重數量，在正對撓性樞軸中心的旋轉擺臂正上方安裝配平校準件；將所述旋轉擺臂倒置，使所述配平校準件的一條槽線置于水平懸絲上方；通過微調配重的前后安裝位置，當旋轉擺臂達到隨遇平衡時，垂直于該槽線方向的重心調節校準完成；再將配平校準件的另一條槽線置于水平懸絲上方，進行相同操作；保證所述旋轉擺臂的重心與軸心重合；

步驟2：旋轉擺臂水平度調節，調整好配重后，將所述旋轉擺臂上的H型樞軸安裝座與撓性樞軸對接，通過緊定螺栓和定位孔進行固定；通過調節H型樞軸安裝座四個支撐臂上的預緊彈簧固定螺栓旋入深度，即預緊彈簧壓縮長度來調整旋轉擺臂的水平度；

步驟3：推進劑供給，取下所述配平校準件，將液封導氣連接件的下部出氣接口固定到旋轉擺臂上，而將上部進氣接口對準后與靜架固定，連接好進、出氣接頭管路；

步驟4：推力測量，調整、安裝電路橋接裝置、永磁鐵、平行銅板、位移傳感器，完成后進行電推力器的微小推力測量。

7.根據權利要求6所述的微小推力測量方法，其特征在于，所述液封導氣連接件采用硅油或液態金屬密封，防止漏氣的同時起到阻尼作用。

8.根據權利要求6所述的微小推力測量方法，其特征在于，由永磁鐵和平行銅板組成阻尼系統，利用渦流損耗原理抑制旋轉擺臂的晃動，通過調節永磁鐵與銅板的間距來調節系統阻尼比，根據實驗測量來確定最佳阻尼比，即永磁鐵與銅板的最佳間距。