姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力原位校準(zhǔn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及航天發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，具體地說(shuō)涉及姿控發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)前后，矢量推力測(cè)量裝置原位校準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]理想狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力與發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線重合，但實(shí)際情況往往是:由于加工精度的限制，非對(duì)稱因素的影響，形成發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何不對(duì)稱性，或者高溫高壓情況下發(fā)動(dòng)機(jī)喉部與噴管的變形以及燃?xì)庠趪姽軆?nèi)的不對(duì)稱流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)推力作用線偏離發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線，從而產(chǎn)生了推力偏心、出現(xiàn)側(cè)向推力和主推力矢量繞推進(jìn)器質(zhì)心的力矩，針對(duì)這些問(wèn)題，在某型號(hào)2000N發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，提出了矢量推力測(cè)量的技術(shù)要求。
[0003]針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了矢量推力測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了2000N姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量，但應(yīng)用矢量推力測(cè)量裝置進(jìn)行矢量推力測(cè)量過(guò)程中，存在以下問(wèn)題:
[0004](I)在2000N姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)水平安裝于矢量力傳感器上，在發(fā)動(dòng)機(jī)的重量作用下，矢量力傳感器會(huì)在垂直方向產(chǎn)生一定的形變，這種狀態(tài)與試驗(yàn)室校準(zhǔn)環(huán)境不同；
[0005](2)在2000N姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量過(guò)程中，大氣壓力、環(huán)境溫度與試驗(yàn)室校準(zhǔn)環(huán)境不同，導(dǎo)致應(yīng)用試驗(yàn)室校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力的精度降低；
[0006](3)在矢量推力測(cè)量過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)需要通過(guò)供應(yīng)管路進(jìn)行推進(jìn)劑供應(yīng)，而管路安裝不能完全消除安裝形變，必然會(huì)產(chǎn)生一定的初始力值，多次試驗(yàn)需要重復(fù)安裝管路，這導(dǎo)致初始力值在每次試驗(yàn)過(guò)程也不完全相同，這些狀態(tài)也在試驗(yàn)室內(nèi)無(wú)法模擬；
[0007](4)在發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量過(guò)程中，供應(yīng)管路會(huì)隨著矢量力傳感器的形變而形變，這就導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的推力傳遞至矢量力傳感器前，部分力值因管路的存在而損失掉，因此，矢量力傳感器測(cè)得的力值小于發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)矢量推力。
[0008](5)同時(shí)，供應(yīng)管路的存在，會(huì)影響矢量力傳感器的相間互擾系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了消除環(huán)境變化、安裝狀態(tài)、管路約束、相間互擾等對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量的影響，本發(fā)明提供一種姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力原位校準(zhǔn)裝置。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0011]姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力原位校準(zhǔn)裝置，其特殊之處在于:包括標(biāo)準(zhǔn)矢量力力源、加載機(jī)構(gòu)、矢量力測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元，
[0012]所述標(biāo)準(zhǔn)矢量力力源用于根據(jù)執(zhí)行要求產(chǎn)生并控制9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力作用在加載機(jī)構(gòu)上；
[0013]所述加載機(jī)構(gòu)用于固定待校準(zhǔn)的矢量力傳感器，并將9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力施加在不同的地方完成待校準(zhǔn)矢量力傳感器的三個(gè)方向的力載荷Fx、Fy、Fz以及三個(gè)方向的力矩載荷Mx、My、Mz的加載；
[0014]所述矢量力測(cè)量單元用于對(duì)待測(cè)矢量力傳感器輸出的電壓信號(hào)的進(jìn)行采集并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)處理模塊，同時(shí)為待校準(zhǔn)矢量力傳感器的7個(gè)應(yīng)變橋單獨(dú)提供激勵(lì)，并對(duì)所提供激勵(lì)進(jìn)行回測(cè)；
[0015]所述數(shù)據(jù)處理模塊用于接收來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)矢量力力源的加載結(jié)果和矢量力測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)行存儲(chǔ)對(duì)，后通過(guò)計(jì)算獲取待校準(zhǔn)矢量力傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)。
[0016]標(biāo)準(zhǔn)矢量力力源包括力源控制模塊、PLC控制器、9個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、9個(gè)電動(dòng)缸、9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器以及采集設(shè)備，
[0017]9個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、9個(gè)電動(dòng)缸和9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力傳感器一一對(duì)應(yīng)，依次連接；
[0018]所述力源控制模塊包括施加指令產(chǎn)生模塊、比較模塊以及施加結(jié)果反饋模塊，所述采集設(shè)備用于采集用于在標(biāo)準(zhǔn)力傳感器上的實(shí)時(shí)力值并反饋給力源控制模塊;PLC控制器控制對(duì)應(yīng)電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)缸產(chǎn)生的力作用于對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)力傳感器上；
[0019]所述施加指令產(chǎn)生模塊用于根據(jù)矢量力傳感器校準(zhǔn)程序產(chǎn)生施加指令發(fā)送給PLC控制器，同時(shí)將施加指令中包含的施加標(biāo)準(zhǔn)力值發(fā)送給比較模塊；
[0020]所述比較模塊用于接收數(shù)據(jù)采集設(shè)備反饋的實(shí)時(shí)力值，并與需要施加的標(biāo)準(zhǔn)力值進(jìn)行比較后，根據(jù)比較結(jié)果向施加指令產(chǎn)生模塊或施加結(jié)果反饋模塊發(fā)送指令；當(dāng)實(shí)時(shí)力值與標(biāo)準(zhǔn)力值在差值在允許范圍內(nèi)，向施加指令產(chǎn)生模塊發(fā)送停止施加指令，同時(shí)向施加結(jié)果反饋模塊發(fā)送施加結(jié)果。
[0021]上述加載機(jī)構(gòu)包括加載頭、連桿、傳感器安裝法蘭以及后法蘭，所述加載頭的一端與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，所述加載頭的另一端通過(guò)連桿與后法蘭連接，所述傳感器安裝法蘭位于后法蘭與加載頭之間，所述傳感器安裝法蘭固定在不動(dòng)的基礎(chǔ)上，待校準(zhǔn)矢量力傳感器的一端固定在傳感器安裝法蘭上，待校準(zhǔn)矢量力傳感器的另一端固定在加載頭上；
[0022]設(shè)加載頭的中心位置為原點(diǎn)，加載頭與水平面平行的為X軸，與水平面垂直的為Z軸，發(fā)動(dòng)機(jī)的中軸線為Y軸;所述加載頭上的設(shè)置有六個(gè)拉環(huán)和兩個(gè)壓座；后法蘭上設(shè)置有第七拉環(huán)；
[0023]拉環(huán)用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)拉力的施加，具有3自由度，對(duì)施加的標(biāo)準(zhǔn)拉力具有補(bǔ)償作用；壓座用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)壓力的施加，具有3自由度，對(duì)施加的標(biāo)準(zhǔn)推力具有補(bǔ)償作用;六個(gè)拉環(huán)和兩個(gè)壓座通過(guò)組合的方式實(shí)現(xiàn)?7、？2、]\^、]%和1^標(biāo)準(zhǔn)力的施加；
[0024]第一拉環(huán)位于加載頭的X軸上，標(biāo)準(zhǔn)拉力Fl通過(guò)第一拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力Fl的方向與X軸同向；第二、三拉環(huán)分別位于X軸上且以Y軸對(duì)稱設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)拉力F6通過(guò)第二拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F7通過(guò)第三拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F6、標(biāo)準(zhǔn)拉力F7的均與Z軸平行，方向相反且大小相同；第四拉環(huán)位于X軸上，第一壓座位于X軸上，第四拉環(huán)與第一壓座以Z軸對(duì)稱設(shè)置;標(biāo)準(zhǔn)推力F8通過(guò)第一壓座作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F9通過(guò)第四拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)推力F8與標(biāo)準(zhǔn)拉力F9均與Z軸平行，方向相反且大小相同；第五拉環(huán)位于加載頭的Z軸上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F3通過(guò)第一拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F3的方向與Z軸同向；第六拉環(huán)位于加載頭的Z軸上，第二壓座位于加載頭的Z軸上，第六拉環(huán)與第二壓座以X軸對(duì)稱設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)拉力F5通過(guò)第六拉環(huán)作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)推力F4通過(guò)第二壓座作用在加載頭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F5與標(biāo)準(zhǔn)推力F4均與Y軸平行，方向相反且大小相同；標(biāo)準(zhǔn)拉力F2通過(guò)第七拉環(huán)作用在后法蘭上，標(biāo)準(zhǔn)拉力F2的方向與Y軸一致;9個(gè)電動(dòng)缸分別作用在六個(gè)拉環(huán)、兩個(gè)壓座和第七拉環(huán)上。
[0025]上述數(shù)據(jù)處理單元包括標(biāo)準(zhǔn)力判斷模塊、標(biāo)準(zhǔn)力采集模塊、電壓信號(hào)采集模塊、存儲(chǔ)模塊以及校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算模塊，
[0026]所述標(biāo)準(zhǔn)力判斷模塊用于接收來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)矢量力力源的是否為正確的加載結(jié)果，并在加載結(jié)果正確時(shí)，將加載的標(biāo)準(zhǔn)力值發(fā)送給標(biāo)準(zhǔn)力采集模塊，同時(shí)通知電壓信號(hào)采集模塊采集與該加載結(jié)果對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；
[0027]所述標(biāo)準(zhǔn)力采集模塊用于采集標(biāo)準(zhǔn)力判斷模塊發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)力值，并發(fā)送給存儲(chǔ)模塊;所述電壓信號(hào)采集模塊用于從矢量力測(cè)量單元采集對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并發(fā)送給存儲(chǔ)模塊;所述存儲(chǔ)模塊用于按照對(duì)應(yīng)的關(guān)系存儲(chǔ)采集到的標(biāo)準(zhǔn)力值和電壓信號(hào)；
[0028]所述校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算模塊用于在九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力加載完成后，從存儲(chǔ)模塊中讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)按照單元校準(zhǔn)法計(jì)算待校準(zhǔn)矢量力傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)。
[0029]上述采集設(shè)備為DMP40采集設(shè)備。
[0030]待校準(zhǔn)矢量力傳感器通過(guò)4個(gè)螺栓與傳感器安裝法蘭固定;加載頭與矢量力傳感器之間通過(guò)2個(gè)定位銷定位后，由4個(gè)螺栓固定；
[0031 ]后法蘭與加載頭之間通過(guò)4個(gè)帶有定位功能的連桿固定。
[0032]上述加載頭、連桿和后法蘭均采用輕質(zhì)材料LV12制作。
[0033]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0034]1、應(yīng)用本發(fā)明裝置可消除管路、線纜等約束環(huán)節(jié)對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)矢量推力測(cè)量的影響，顯著提高矢量推力測(cè)量精度；
[0035]2、本發(fā)明裝置的力源基于電動(dòng)缸的精確控制技術(shù)研制，可實(shí)現(xiàn)2Pa高真空環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)力加載。
[0036]3、本發(fā)明裝置的校準(zhǔn)范圍主推力Fx為O?2000N、側(cè)向力Fy及Fz為O?60N、X軸力矩Mx為O?20N.m、Y軸力矩My為O?1N.m、Z軸力矩Mz為O?50N.m。
[0037]4、本發(fā)明裝置的控制系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制，因此，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前、后以遠(yuǎn)程自動(dòng)校準(zhǔn)；
[0038]5、本發(fā)明采用LV12制作，質(zhì)量輕，降低矢量力傳感器承擔(dān)額重量。
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