本发明专利技术公开了一种对称钟摆式微推力测量装置，包括：第一支撑架、第二支撑架、第一轴承、第二轴承、支撑棒、第一轴承盖、第二轴承盖、第一摆臂、第二摆臂、第一底盘、第二底盘、第一连接件、第二连接件和高速摄影仪。本发明专利技术具有结构简单，计算简洁，系统误差小，抗环境干扰能力强，测量准确度高，适用于推重比小的推力器的推力测量的特点。推力测量的特点。推力测量的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种对称钟摆式微推力测量装置
[0001]本专利技术属于微小卫星
，尤其涉及一种对称钟摆式微推力测量装置。
技术介绍
[0002]微小卫星具有研制周期短、质量小、成本低等特点，国内外都已致力于微小卫星的发射和组网，为了实现微小卫星的姿轨控制和使用结束后的离轨，需对微小卫星用推力器的微推力进行测量。精确测量微小推力一方面要解决推力器推重比非常小的问题，如公斤级别的推力器产生的推力为毫牛级，另一方面要减弱环境对测量结果的影响，比如空气流动或人员走动引起的地面振动等，都可将微小的推力淹没。
[0003]专利CN 107091705 A披露了一种单摆微推力测量装置和一种三丝扭摆微推力测量装置，在保持重力方向和微推力方向垂直的状态下，通过机械平衡原理，将微推力物理量转化为位移的物理量，解决了由于推力和重力在同一个方向或对推进器的质量变化敏感等因素而导致的测量误差大的问题，但当推力器重量很大而推力很小时，则微推力物理量仅能转化为很微小的位移，很难被位移探测器精确探测，因此不适用于推重比小的推力器的推力测量。
[0004]专利CN 106895936 A披露了一种精度可调的扭摆式微推力测试装置，通过调节扭摆摆臂的长度实现待测推力装置的装载测试，具有体积小，测量带宽大，精度高的特点，但对于质量较大的推力器，扭摆的摆臂易发生弯曲，加大挠性轴的摩擦，因此其适用的推力器重量受限。
[0005]专利CN 104535256 B披露了一种微推力测量装置，通过靶安装块使得整个测量装置实现一体化，甚至可在测量过程中连续自动调整。但其位移传感器与靶安装块接触，易受环境振动引入干扰，测量精度不高。
技术实现思路
[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种对称钟摆式微推力测量装置，具有结构简单，计算简洁，系统误差小，抗环境干扰能力强，测量准确度高，适用于推重比小的推力器的推力测量的特点。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种对称钟摆式微推力测量装置，包括：第一支撑架、第二支撑架、第一轴承、第二轴承、支撑棒、第一轴承盖、第二轴承盖、第一摆臂、第二摆臂、第一底盘、第二底盘、第一连接件、第二连接件和高速摄影仪；其中，所述第一轴承通过所述第一轴承盖与所述第一支撑架的顶端相连接，所述第二轴承通过所述第二轴承盖与所述第二支撑架的顶端相连接；所述支撑棒的一端穿过第一摆臂与所述第一轴承相连接，所述支撑棒的一端与第一摆臂固定连接；所述支撑棒的另一端穿过第二摆臂与所述第二轴承相连接，所述支撑棒的另一端与第二摆臂固定连接；所述第一底盘的两个顶角通过第一连接件与第一摆臂的一端相连接，所述第一底盘的其余两个顶角通过第一连接件与第二摆臂的一端相连接；所述第二底盘的两个顶角通过第二连接件与第一摆臂的另一端相
连接，所述第二底盘的其余两个顶角通过第二连接件与第二摆臂的另一端相连接；所述第一底盘设置推力器，所述第二底盘设置配重物体；所述高速摄影仪在第一支撑架一侧，镜头与支撑棒成一条直线；推力器工作时驱动第一摆臂和第二摆臂偏转，带动支撑棒转动，高速摄影仪拍摄记录支撑棒端面的预设方向标记，通过图像处理获得摆臂的摆动角，根据推力器和配重物体的重量差、摆臂的摆动角得到推力器的推力。
[0008]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第一支撑架和所述第二支撑架结构相等，均为梯形支架，所述第一支撑架和所述第二支撑架的底端均与防震平台采用螺丝固定连接。
[0009]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第一支撑架的顶端开设有第一凹槽，所述第一轴承设置于第一凹槽内。
[0010]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第二支撑架的顶端开设有第二凹槽，所述第二轴承设置于第二凹槽内。
[0011]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第一轴承和所述第二轴承均为深沟球轴承。
[0012]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第一摆臂为X型对称式的摆臂设计，与支撑棒采用螺丝连接。
[0013]上述对称钟摆式微推力测量装置中，所述第二摆臂为X型对称式的摆臂设计，与支撑棒采用螺丝连接。
[0014]上述对称钟摆式微推力测量装置中，第一支撑架和第二支撑架的底端均开始有多个通孔；其中，相邻通孔的间距为25mm倍数，每个通孔直径为
[0015]上述对称钟摆式微推力测量装置中，推力器的推力为：Mgsinθ
t
＝f(t)；其中，M为推力器减掉配重物体后的质量，θ
t
为t时刻摆臂的偏转角，f(t)为推力器的推力。
[0016]上述对称钟摆式微推力测量装置中，推力器的推力通过以下步骤得到：
[0017]所述对称钟摆式微推力测量装置未加挠性轴或阻尼器，所以无需考虑阻尼产生的力矩，则推力的计算公式为：
[0018][0019]其中，J为转动惯量(J＝ML2)，M为推力器减掉配重后的质量，θ
t
为t时刻摆臂的偏转角，L为推力器的力臂，l为推力的力臂，f(t)为待求的推力；
[0020]通过对高速摄影仪拍摄的图像进行数据处理可获得摆臂的偏转角，此偏转角会在稳定值处做简谐振动，取简谐振动的中间值作为推力与阻力的平衡状态，此时则推力计算公式为：MgLsinθ
t
＝f(t)l；
[0021]预设摆臂的重心在轴承中心，若以推力器喷口处作为推力的作用点，那么在摆臂运动的平面上，推力方向过推力器重心，则推力的力臂与推力器力臂大小相等，即L＝l，推力f(t)计算公式化简为：Mgsinθ
t
＝f(t)。
[0022]上述对称钟摆式微推力测量装置中，第一摆臂、第二摆臂和第一支撑架和第二支撑架的尺寸设计应满足以下关系：
[0023]m2/4tan(arc cos(h/n2))＜n1.cos(arc sin(m1/2n1))+n3＜h
[0024]其中，n1为第一摆臂长度的一半或第二摆臂长度的一半，n2为第一支撑架或第二
支撑架的斜边长度，n3为第一连接件或第二连接件高度的一半，m1为第一底盘或第二底盘的宽度，m2为第一支撑架或第二支撑架的底边长度，h为第一支撑架或第二支撑架的高度。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0026](1)本专利技术主要适用于推重比小的推力器推力测量，具有结构简单，计算简洁，系统误差小，抗环境干扰能力强，测量准确度高的特点；
[0027](2)本专利技术的摆臂为X型对称式的钟摆设计，避免测量装置重心不在中点而引入重心标定和复杂的计算过程；
[0028](3)本专利技术的摆臂两端各连接一个底盘，一个底盘放置推力器，另一个底盘放置配重物体，配重物可抵消一部分推力器重量，因此对推重比小的推力器也可精确测量其推力；
[0029](4)本专利技术的数据采集仪器为高速摄影仪，是一种非接触、主动式的数据采集方式，一方面可避免接触式位移传感器自身存在的弹性形变所引入的系统误差以及受装置振动而引入的环境噪声，也可避免非接触式如激本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种对称钟摆式微推力测量装置，其特征在于包括：第一支撑架(110)、第二支撑架(120)、第一轴承(21)、第二轴承(22)、支撑棒(3)、第一轴承盖(41)、第二轴承盖(42)、第一摆臂(51)、第二摆臂(52)、第一底盘(61)、第二底盘(62)、第一连接件(71)、第二连接件(72)和高速摄影仪(11)；其中，所述第一轴承(21)通过所述第一轴承盖(41)与所述第一支撑架(110)的顶端相连接，所述第二轴承(22)通过所述第二轴承盖(42)与所述第二支撑架(120)的顶端相连接；所述支撑棒(3)的一端穿过第一摆臂(51)与所述第一轴承(21)相连接，所述支撑棒(3)的一端与第一摆臂(51)固定连接；所述支撑棒(3)的另一端穿过第二摆臂(52)与所述第二轴承(22)相连接，所述支撑棒(3)的另一端与第二摆臂(52)固定连接；所述第一底盘(61)的两个顶角通过第一连接件(71)与第一摆臂(51)的一端相连接，所述第一底盘(61)的其余两个顶角通过第一连接件(71)与第二摆臂(52)的一端相连接；所述第二底盘(62)的两个顶角通过第二连接件(72)与第一摆臂(51)的另一端相连接，所述第二底盘(62)的其余两个顶角通过第二连接件(72)与第二摆臂(52)的另一端相连接；所述第一底盘(61)设置推力器，所述第二底盘(62)设置配重物体；所述高速摄影仪(11)在第一支撑架(110)一侧；推力器工作时驱动第一摆臂(51)和第二摆臂(52)偏转，带动支撑棒(3)转动，高速摄影仪(11)拍摄记录支撑棒端面的预设方向标记，通过图像处理获得摆臂的摆动角，根据推力器和配重物体的重量差、摆臂的摆动角得到推力器的推力。2.根据权利要求1所述的对称钟摆式微推力测量装置，其特征在于：所述第一支撑架(110)和所述第二支撑架(120)结构相等，均为梯形支架，所述第一支撑架(110)和所述第二支撑架(120)的底端均与防震平台采用螺丝固定连接。3.根据权利要求1所述的对称钟摆式微推力测量装置，其特征在于：所述第一支撑架(110)的顶端开设有第一凹槽，所述第一轴承(21)设置于第一凹槽内。4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐志敬，郭宁，华佐豪，陈伟康，王浩宇，俞鑫，罗思璇，王佳兴，殷睿，
申请(专利权)人：上海新力动力设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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