一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法技术

本发明专利技术一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法，包括以下步骤：S1、采集数据，发动机点火后燃气舵在发动机喷流中按照指定规律偏转，采集五分量天平中五分量的电压数据，及燃气舵舵偏角δ，所述五分量包括轴向力F

【技术实现步骤摘要】
一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法


[0001]本专利技术属于测量
，具体，特别涉及一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法。

技术介绍

[0002]燃气舵技术是最早应用于火箭发动机推力矢量控制的方案之一，具备结构简单、铰链力矩小、控制力强、响应速度快的优点。近年来，燃气舵在各型导弹、火箭弹等型号中有越来越多的应用。
[0003]燃气舵性能评估作为气动设计的一个重要环节，试车试验的方法与设备将直接影响获取数据的效率和精度。五分量天平是一个悬臂式应变传感器，悬臂上安装有多组应变片，可以直接测得单片舵舵面坐标系下所受的轴向力、法向力及三个方向的力矩，通过处理可得到的升力、阻力、铰链力矩、压心位置等数据，用于全弹制导稳定和弹道计算。此方法的优点明显，可以分别给出每片燃气舵的五分量气动性能参数，且不需要解算，提高了数据精度。并且可以通过一次试车获取多枚舵片的气动性能参数，效率较高。
[0004]在这种情况下，结合现有的技术水平和研制能力，开发一种燃气舵测力五分量天平，对燃气舵受力情况进行测量，获取其气动性能，并进行分析评估与优化迭代，指导燃气舵设计，是一项既有创造性又有实用价值的工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法，可以满足各类发动机与燃气舵试车试验的测量需求，获取的数据丰富，规律性好，利于指导燃气舵优化迭代设计，和燃气舵性能的分析评估,有较强的工程实用价值。
[0006]一种燃气舵测力五分量天平分力的计算方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采集数据，发动机点火后燃气舵在发动机喷流中按照指定规律偏转，采集五分量天平中五分量的电压数据，及燃气舵舵偏角δ，所述五分量包括轴向力F
x
、法向力F
y
、X轴弯矩M
x
、Y轴弯矩M
y
、铰链力矩M
z
；
[0008]S2、计算校准，计算校准公式为：
[0009][0010]式中：F
i
是分量，单位是N或Nm，F
i
包括F
1-F5，分别对应F
x
、F
y
、M
x
、M
y
、M
z
五分量；V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
My
、V
Mz
是各分量的输出电压，系数c1～c5是主系数和一次干扰系数，c6～c
10
是分别对应V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
My
、V
Mz
的平方项干扰系数，c
11
～c
20
是二次相互干扰系数；
[0011]S3、坐标转换，将天平坐标系O
t
x
t
y
t
z
t
的五分量F
x
、F
y
、M
x
、M
y
、M
z
,转换为舵面坐标系
Oxyz对应的五分量:舵面轴向力FX
d
、舵面法向力FY
d
、舵面X轴弯矩MX
d
、舵面Y轴弯矩MY
d
、舵面铰链力矩MH
d
。
[0012]进一步地，步骤S2中，计算校准前读取天平内部设置的温度传感器数据，当温度传感器的变化最高温度超过50℃时，针对温差进行补偿；小于50℃时，五分量数据不进行修正。
[0013]进一步地，所述补偿的温度校准公式为：
[0014][0015]式中：T是天平内部温度，单位℃；C是电压-温度转换系数；V
T
是天平内部温度传感器的电压；ΔV
i
是各分力的温度修正电压；下标i＝1～5，分别对应ΔFx、ΔFy、ΔMx、ΔMy、ΔMz；s1～s4是温度修正系数；V
i
是各分力温度修正前的电压，V
i
'是各分力温度修正后的电压,V
i
'包括V
′
1-V
′5，修正后计算时分别对应各分量的输出电压V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
My
、V
Mz
。
[0016]进一步地，步骤S3中，
[0017]所述转换前通过舵面坐标系Oxyz和天平坐标系O
t
x
t
y
t
z
t
，计算参考长度L
Z
，所述参考长度L
Z
为两个坐标原点的沿Z方向的距离,所述舵面坐标系Oxyz为燃气舵后缘指向前缘为x轴的正方向，燃气舵根弦指向梢弦为z轴的正方向，y轴由右手法则确定，原点O位于舵根弦上x轴与z轴的交点；所述天平坐标系O
t
x
t
y
t
z
t
为x
t
轴、y
t
轴、z
t
轴的方向与舵面坐标系的方向一致，z
t
轴与舵面坐标系z轴同轴，原点O
t
为天平的力矩参考点,所述力矩参考点为五分量天平的几何中心；
[0018]转换过程中扣除参考长度L
Z
对舵面坐标系Oxyz五分量的影响，公式如下所示：
[0019]舵面轴向力：FX
d
＝F
x
[0020]舵面法向力：FY
d
＝F
y
[0021]舵面X轴弯矩：MX
d
＝M
x
+F
y
×
L
[0022]舵面Y轴弯矩：MY
d
＝M
y
+F
x
×
L
Z
[0023]舵面铰链力矩：MH
d
＝M
z
。
[0024]进一步地，完成步骤S3后，还包括步骤
[0025]S4、后处理，将步骤S3所得五分量数据进行可视化处理。
[0026]进一步地，所述可视化处理的方式为转化为曲线、图像、报表中的一种或多种。
[0027]一种燃气舵测力五分量天平采用上述的计算方法进行计算，所述五分量天平为三段式结构，所述五分量天平测得的五分量轴向力F
x
综合加载误差最大值为0.112％、法向力F
y
综合加载误差最大值为0.059％、X轴弯矩M
x
综合加载误差最大值为0.071％、Y轴弯矩M
y
综合加载误差最大值为0.219％、铰链力矩M
z
综合加载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气舵测力五分量天平分力的计算方法，其特征在于包括以下步骤：S1、采集数据，发动机点火后燃气舵在发动机喷流中按照指定规律偏转，采集五分量天平中五分量的电压数据，及燃气舵舵偏角δ，所述五分量包括轴向力F
x
、法向力F
y
、X轴弯矩M
x
、Y轴弯矩M
y
、铰链力矩M
z
；S2、计算校准，计算校准公式为：式中：F
i
是分量，单位是N或Nm，F
i
包括F
1-F5，分别对应F
x
、F
y
、M
x
、M
y
、M
z
五分量；V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
My
、V
Mz
是各分量的输出电压，系数c1～c5是主系数和一次干扰系数，c6～c
10
是分别对应V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
My
、V
Mz
的平方项干扰系数，c
11
～c
20
是二次相互干扰系数；S3、坐标转换，将天平坐标系O
t
x
t
y
t
z
t
的五分量F
x
、F
y
、M
x
、M
y
、M
z
,转换为舵面坐标系Oxyz对应的五分量:舵面轴向力FX
d
、舵面法向力FY
d
、舵面X轴弯矩MX
d
、舵面Y轴弯矩MY
d
、舵面铰链力矩MH
d
。2.根据权利要求1所述的燃气舵测力五分量天平分力的计算方法，其特征在于：步骤S2中，计算校准前读取天平内部设置的温度传感器数据，当温度传感器的变化最高温度超过50℃时，针对温差进行补偿；小于50℃时，五分量数据不进行修正。3.根据权利要求2所述的燃气舵测力五分量天平分力的计算方法，其特征在于：所述补偿的温度校准公式为：式中：T是天平内部温度，单位℃；C是电压-温度转换系数；V
T
是天平内部温度传感器的电压，ΔV
i
是各分力的温度修正电压；下标i＝1～5，分别对应ΔFx、ΔFy、ΔMx、ΔMy、ΔMz；s1～s4是温度修正系数；V
i
是各分力温度修正前的电压，V
i
'是各分力温度修正后的电压,V
i
'包括V
′
1-V
′5，修正后计算时分别对应各分量的输出电压V
Fx
、V
Fy
、V
Mx
、V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马振琨，曾树荣，伊蕾，周哲，王力，刘浩，
申请(专利权)人：湖北航天飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：