[發(fā)明專利]火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置以及推力矢量測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210354761.1
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114858334B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 俞南嘉;周闖;蔡國飆;龔昊杰;師浩然;焦博威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01M15/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 汪喆

1.一種火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，包括軸向推力測量模塊以及徑向推力測量模塊；

所述軸向推力測量模塊包括第一支撐構件、軸向力傳感器、調節(jié)構件以及第一傳遞構件；所述軸向力傳感器與所述調節(jié)構件設置于所述第一支撐構件與所述第一傳遞構件之間，所述第一傳遞構件用于固定發(fā)動機的尾部；所述軸向力傳感器的數量至少為三個，且沿所述發(fā)動機的軸線方向延伸；

所述徑向推力測量模塊包括第二支撐構件、徑向力傳感器、第二傳遞構件以及第三支撐構件；所述第二傳遞構件的一端設置于第三支撐構件且另一端接觸所述發(fā)動機的頭部，所述徑向力傳感器的一端固定于所述第三支撐構件且另一端設置于所述第二支撐構件；所述徑向力傳感器的數量至少為三個且沿所述發(fā)動機的徑向方向延伸；

所述第三支撐構件包括第一圓環(huán)；

所述第二傳遞構件包括支撐桿、設置于所述支撐桿一端的滑輪以及用于將所述支撐桿固定于所述第一圓環(huán)上的第一螺母；所述滑輪與所述發(fā)動機的頭部接觸。

2.根據權利要求1所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，所述調節(jié)構件包括彈簧柱塞；

所述彈簧柱塞的球頭端抵接于所述第一支撐構件，且所述彈簧柱塞的調節(jié)端設置于所述第一傳遞構件；

調節(jié)所述彈簧柱塞的調節(jié)端能夠調節(jié)所述軸向力傳感器受到的拉力。

3.根據權利要求2所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，所述彈簧柱塞的數量與所述軸向力傳感器的數量相同，且所述彈簧柱塞與所述軸向力傳感器交替等間隔排布于所述第一傳遞構件的邊沿。

4.根據權利要求1所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，所述第一傳遞構件包括圓環(huán)板；

所述發(fā)動機的尾部固定于所述圓環(huán)板，且所述發(fā)動機與所述第一圓環(huán)板同軸。

5.根據權利要求1所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，還包括支撐臺；

所述第一支撐構件包括第一支撐豎板以及支撐角板；所述第一支撐豎板垂直于所述支撐臺的一端，所述支撐角板的一端固定于所述支撐臺且另一端固定于所述第一支撐豎板；

所述第二支撐構件包括第二支撐豎板以及設置于所述第二支撐豎板上的第二圓環(huán)；所述第二支撐豎板垂直于所述支撐臺的另一端。

6.根據權利要求5所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，所述第二圓環(huán)上開設有沉孔，所述徑向力傳感器的一端固定于所述第一圓環(huán)，且另一端穿過所述沉孔且通過第二螺母固定于所述第二圓環(huán)。

7.根據權利要求1所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置，其特征在于，所述軸向力傳感器的數量為四個，所述徑向力傳感器的數量為三個。

8.一種基于權利要求7中所述的火箭發(fā)動機推力矢量測量裝置的推力矢量測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

建立三維坐標系，定義參數；

根據所述軸向力傳感器的示數以及所述徑向力傳感器的示數計算所述發(fā)動機的推力；

根據三維坐標系，計算發(fā)動機的推力在坐標軸方向上的力矩；

利用力矩平衡建立方程組，計算推力偏心距以及推力偏心角。

9.根據權利要求8所述的推力矢量測量方法，其特征在于，

以所述第一傳遞構件的中心為原點建立三維坐標系；定義徑向力傳感器受壓力作用為正，分別記為、、，任意所述徑向力傳感器到所述第三支撐構件的中心距離為；定義軸向力傳感器受拉力作用為正，分別記為、、、，任意所述軸向力傳感器到所述第一傳遞構件的中心距離為；定義所述發(fā)動機的質心與三維坐標系的中心的軸向距離為，定義所述第三支撐構件的中心與三維坐標系的中心的軸向距離為；定義所述發(fā)動機的推力為，所述發(fā)動機的推力偏心距分量分別為、，所述發(fā)動機的重力為；

利用力平衡原理，發(fā)動機的推力F在三維坐標系下的三個分量F_x、F_y、F_z與所述軸向力傳感器的示數以及所述徑向力傳感器的示數滿足公式（1）：

（1）

根據公式（1）可求得發(fā)動機的推力F如公式（2）：

（2）

所述軸向力傳感器、所述徑向力傳感器在所述三維坐標系中的軸方向上的力矩，所述軸向力傳感器、所述徑向力傳感器在所述三維坐標系中的軸方向上的力矩，如公式（3）所示：

（3）

發(fā)動機的推力在所述三維坐標系中的軸方向上的力矩，發(fā)動機的推力在所述三維坐標系中的軸方向上的力矩，如公式（4）所示：

（4）

根據發(fā)動機的推力的力矩與所述軸向力傳感器、所述徑向力傳感器的力矩平衡，有公式（5）：

（5）

根據公式（3）-（5）求出所述發(fā)動機的推力偏心距的分量、；利用公式（6）計算所述發(fā)動機的推力偏心距和所述發(fā)動機的推力偏心幅角；

（6）。