4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及4‑25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置。该装置包括基座转接架、减震块、定架、天平转接板、单分力天平测量装置、推进剂管路以及推进剂管路固定装置；基座转接架与定架之间均布安装多个减震块；单分力天平测量装置通过天平转接板安装在定架上；定架周边固定安装有多个推进剂管路固定装置，推进剂管路通过推进剂管路固定装置安装，推进剂管路一端与外部推进剂供应系统连通，另一端与待测量姿控发动机推进剂入口连通；本发明专利技术满足了4‑25N姿控发动机小推力测量要求，解决了管路约束、振动引入的不确定度多等问题。

4 25N attitude control thermal vacuum environment steady thrust measuring device of engine

The present invention relates to 4 25N attitude control thermal vacuum environment steady thrust measuring device of engine. The device comprises a base rack, damping block, frame, balance transfer board, single component balance measuring device, and propellant Propellant pipeline pipeline fixing device; switching between the base frame and the fixed frame are distributed with a plurality of damping block installation; single component balance measuring device through a balance adapter plate mounted on the fixed frame on the fixed frame; fixed periphery is provided with a plurality of propellant pipeline fixing device through the propellant Propellant pipeline pipeline fixing device installed, connected pipeline is connected with the external propellant Propellant supply system, and the other end of the measurement of attitude control engine propellant inlet is communicated; the invention satisfies 4 25N attitude control thruster measurement requirements, solve the uncertainty of multi problems such as pipeline constraints, the introduction of vibration.

【技术实现步骤摘要】
4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置
本专利技术涉及航天液体发动机试验，具体涉及4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置。
技术介绍
液体火箭发动机作为目前最为成熟的推进系统之一，具有诸多独特的优势，仍然是各国努力发展的主力推进系统，并且在大推力和小推力方面都取得了诸多成果，目前美国仍然在大多数推进系统方面领先世界，俄罗斯则继续保持液体推进特别是大推力液体火箭方面的领先地位，欧盟和日本在追赶美国的技术水平，以中国为代表的第三世界国家也开始在液体推进领域同传统强国展开竞争。火箭发动机是火箭推进系统的一部分。推进系统是由发动机(固、液、冲压、姿控)、增压系统、贮箱设备及有关设备等组成。不论大推力液体火箭发动机，还是小推力液体火箭发动机，只要把增压系统、贮箱、推进剂供应系统与发动机连在一起就可称为推进系统。多年来，我国的大推力液体火箭发动机研制单位只研制和交付发动机，而从事姿控发动机的研制单位，不仅要研制姿控火箭发动机，还要交付包括贮箱、气瓶以及含增压系统在内的整个推进系统。关于小推力液体火箭发动机的定义有不同的说法，我国文献及出版物中一般将小推力划分在0.02—2000N(0.002—200公斤)之间。阿列玛索夫在其著作《火箭发动机原理》一书中把推力从0.01—1600N的液体火箭发动机归入小推力发动机。不论运载、导弹、卫星、飞船上使用何种用途的发动机(推进剂沉底、末速修正、轨道修正、位置保持、姿态控制等)，均属于小推力发动机的范畴。随着空间任务的丰富，小推力、高比冲的推进器得到越来越多的应用，而完成此类推进装置的地面试验特性的研究，低量级的推力测试是一项必须突破的关键技术。国内有学者针对小推力测量存在的技术难点，提出了根据应用的推力传感器不同，测试台架可采用压电式传感器和应变式传感器两种方案：使用压电式传感器的优点在于动态特性好，高刚度，推进剂管道影响小，其缺点是静态精度较低，对小力值不能进行长时间稳定测量，高内阻抗，电干扰性能差，安装预紧力及湿温度影响大；使用应变式传感器的优点在于稳态精度高，低内阻输出，抗电干扰性能好，其缺点是动态特性差，需后续附加处理，推进剂管路刚度影响大，工作温度范围较窄。测试技术学报.Vol.18Supp.2004公开的一篇名为《实现微牛级动态推力测试的方法和试验研究》提出了一种微牛级的测试方法[8]，其基本思想是将微牛级推力通过悬臂梁转换成微米级位移，然后通过微位移传感器测试该微位移，得到微推力大小。其测试推力可达2μN左右。另外，宇航学报[J].Vol.29.No2,March2008公开的一篇名为《真空环境下微推力测量的研究》提出了真空环境下微推力的测量方法，提出了利用杠杆力的放大原理，将推力值放大从而能够被传感器准确检测到。但是如果采用上述两种传统测量方法运用于4-25N量级小推力测量时会存在如下难题：(1)推力动架和定架之间的支撑件、约束件(弹簧片)的影响。(2)推进剂管路布置以及推进剂管路内压力和流体动量的影响。(3)热试车过程中，发动机主阀门后的管路、推力室头部、喷管冷却夹套内的推进剂填充量和烧蚀式喷管的烧蚀量变化，会引起发动机重力的变化，因此会影响推力测量的准确度。(4)小推力火箭发动机本身质量和推力较小，测试中容易受台架结构非线性及周围环境的影响，同时发动机机体在热试车时温度较高，对与其连接的组件及传感器等有不均匀热传导和热辐射，会带来结构非线性以及传感器温漂等不利影响，高温会引入较大的测量不确定度。这就要求台架及传感器具有良好的动态特性，较高的静态精度，抗干扰能力强，同时能够进行长时间稳定测量，但一般电压式和应变式传感器应用特点比较强，很难同时满足以上要求。(5)为保证试车所需真空度的大量机械泵、引射系统等机械设备不可避免的对测量过程造成一定影响，其振动会引入相应的测量不确定度。根据4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量技术要求，目前采用了如图1所示的装置实现小推力测量，具体是将发动机003直接悬挂于传感器上，由发动机承受发动机的重量，然后进行推力测量，传感器采用轮辐式弹性元件001，在弹性元件001上粘贴有应变片002，见图1所示，但目前采用的装置存在以下问题：(1)在4-25N姿控发动机稳态推力测量过程中，发动机水平安装固定于传感器上，在发动机的重量作用下，传感器受弯矩作用，会在垂直方向产生一定的形变，在热试车过程中由于推力室烧蚀引起的发动机质量变化对传感器也会造成测量干扰，且这些影响在试前无法进行精确理论计算分析，这些状态均与试验室校准环境不同；(2)在4-25N姿控发动机稳态推力测量过程中，大气压力、环境温度与试验室校准环境不同，导致应用试验室校准系数计算发动机推力时其精度降低；(3)在推力测量过程中，推进剂供应管路安装存在管路约束，必然会产生一定的初始力值，在进行多次试验时需要重复安装管路，这导致初始力值在每次试验过程也不完全相同，这些状态也在试验室内无法模拟；(4)在发动机热试车过程中，推进剂供应管路会随着发动机的推力变化而产生一定形变，从而产生额外约束力，这就导致发动机的推力传递效率降低，因此，由天平传感器测得的力值是小于发动机的真实推力的。
技术实现思路
为了实现4-25N姿控发动机小推力测量要求，解决管路约束、振动引入的不确定度多等问题，本专利技术提出了一种4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置，包括基座转接架、减震块、定架、天平转接板、单分力天平测量装置、推进剂管路以及推进剂管路固定装置；基座转接架与定架之间均布安装多个减震块；单分力天平测量装置通过天平转接板安装在定架上；定架周边固定安装有多个推进剂管路固定装置，推进剂管路通过推进剂管路固定装置安装，推进剂管路一端与外部推进剂供应系统连通，另一端与待测量姿控发动机推进剂入口连通；单分力天平测量装置包括天平支架、配重组件以及天平安全防护支架；天平支架包括竖直梁以及水平应变梁；竖直梁的顶部安装待测量姿控发动机，待测量姿控发动机的推力方向垂直于竖直梁；配重组件安装在竖直梁中部；竖直梁的底端与水平应变梁上端面固连，水平应变梁的下端面设置有前端筋板、中间筋板以及后端筋板；水平应变梁分别通过前端筋板、中间筋板、后端筋板与天平转接板固定连接；水平应变梁上按全桥方式贴覆有应变片；配重组件包括平衡杠杆以及配重块；平衡杠杆垂直于在竖直梁中部，平衡杠杆包括固定端和悬空端；固定端至悬空端之间开设长条孔；固定端与竖直梁中部固定连接，配重块通过螺栓螺母固定在长条孔上；天平安全防护装置包括天平安全防护支架以及限位螺钉；天平安全防护支架的一端固定安装在定架上，另一端设置有两块平行的固定板，竖直梁中部位于两块固定板之间，两块固定板之间的距离大于竖直梁中部的厚度，其中一块固定板上安装限位螺钉，限位螺钉的螺纹段穿过所述固定板与所述竖直梁接触。单分力天平测量装置还包括天平主动恒温装置；天平主动恒温装置包括固定安装在定架上并且位于竖直梁两侧的剖分式水冷夹套结构；水冷夹套结构构成一个与外界空间隔离的空腔；所述水平应变梁位于所述空腔内；水冷夹套结构的侧壁为空心机构，水冷夹套结构上安装有进水接头与出水接头；进水接头靠近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种4‑25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置，其特征在于：包括基座转接架(1)、减震块(2)、定架(3)、天平转接板(4)、单分力天平测量装置(5)、推进剂管路(6)以及推进剂管路固定装置(7)；基座转接架(1)与定架(3)之间均布安装多个减震块(2)；单分力天平测量装置(5)通过天平转接板(4)安装在定架(3)上；定架(3)周边固定安装有多个推进剂管路固定装置(7)，推进剂管路(6)通过推进剂管路固定装置(7)安装，推进剂管路(6)一端与外部推进剂供应系统连通，另一端与待测量姿控发动机(9)推进剂入口连通；单分力天平测量装置(5)包括天平支架(51)、配重组件(52)以及天平安全防护装置(53)；天平支架(51)包括竖直梁(511)以及水平应变梁(512)；竖直梁(511)的顶部安装待测量姿控发动机(9)，待测量姿控发动机的推力方向垂直于竖直梁(511)；配重组件(52)安装在竖直梁(511)中部；竖直梁(511)的底端与水平应变梁(512)上端面固连，水平应变梁(512)的下端面设置有前端筋板(5121)、中间筋板(5122)以及后端筋板(5123)；水平应变梁(512)分别通过前端筋板(5121)、中间筋板(5122)、后端筋板与天平转接板(4)固定连接；水平应变梁(512)上按全桥方式贴覆有应变片(10)；配重组件(52)包括平衡杠杆(521)以及配重块(522)；平衡杠杆(521)垂直于在竖直梁(511)中部，平衡杠杆(521)包括固定端和悬空端；固定端至悬空端之间开设长条孔；固定端与竖直梁(511)中部固定连接，配重块(522)通过螺栓螺母固定在长条孔上；天平安全防护装置(53)包括天平安全防护支架(531)以及限位螺钉(532)；天平安全防护支架(531)的一端固定安装在定架(3)上，另一端设置有两块平行的固定板(533)，竖直梁(511)中部位于两块固定板(533)之间，两块固定板(533)之间的距离大于竖直梁(511)中部的厚度，其中一块固定板(533)上安装限位螺钉(532)，限位螺钉(532)的螺纹段穿过所述固定板(533)与所述竖直梁(511)接触。...

【技术特征摘要】
1.一种4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置，其特征在于：包括基座转接架(1)、减震块(2)、定架(3)、天平转接板(4)、单分力天平测量装置(5)、推进剂管路(6)以及推进剂管路固定装置(7)；基座转接架(1)与定架(3)之间均布安装多个减震块(2)；单分力天平测量装置(5)通过天平转接板(4)安装在定架(3)上；定架(3)周边固定安装有多个推进剂管路固定装置(7)，推进剂管路(6)通过推进剂管路固定装置(7)安装，推进剂管路(6)一端与外部推进剂供应系统连通，另一端与待测量姿控发动机(9)推进剂入口连通；单分力天平测量装置(5)包括天平支架(51)、配重组件(52)以及天平安全防护装置(53)；天平支架(51)包括竖直梁(511)以及水平应变梁(512)；竖直梁(511)的顶部安装待测量姿控发动机(9)，待测量姿控发动机的推力方向垂直于竖直梁(511)；配重组件(52)安装在竖直梁(511)中部；竖直梁(511)的底端与水平应变梁(512)上端面固连，水平应变梁(512)的下端面设置有前端筋板(5121)、中间筋板(5122)以及后端筋板(5123)；水平应变梁(512)分别通过前端筋板(5121)、中间筋板(5122)、后端筋板与天平转接板(4)固定连接；水平应变梁(512)上按全桥方式贴覆有应变片(10)；配重组件(52)包括平衡杠杆(521)以及配重块(522)；平衡杠杆(521)垂直于在竖直梁(511)中部，平衡杠杆(521)包括固定端和悬空端；固定端至悬空端之间开设长条孔；固定端与竖直梁(511)中部固定连接，配重块(522)通过螺栓螺母固定在长条孔上；天平安全防护装置(53)包括天平安全防护支架(531)以及限位螺钉(532)；天平安全防护支架(531)的一端固定安装在定架(3)上，另一端设置有两块平行的固定板(533)，竖直梁(511)中部位于两块固定板(533)之间，两块固定板(533)之间的距离大于竖直梁(511)中部的厚度，其中一块固定板(533)上安装限位螺钉(532)，限位螺钉(532)的螺纹段穿过所述固定板(533)与所述竖直梁(511)接触。2.根据权利要求1所述的4-25N姿控发动机真空热环境稳态推力测量装置，其特征在于：所述单分力天平测量装置(5)还包括天平主动恒温装置(11)；天平主动恒温装置(11)包括固定安装在定架(3)上并且位于竖直梁(511)两侧的剖分式水冷夹套结构(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇鑫，李广会，刘丽宁，赵飞，党栋，李民民，赵曙，王宏亮，李广阔，何立春，陈豪，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61