姿控發動機矢量推力原位校準裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及航天發動機試驗，具體地說涉及姿控發動機高空模擬試驗前后，矢量推力測量裝置原位校準的試驗方法。
【背景技術】
[0002]理想狀態下，發動機推力與發動機中心軸線重合，但實際情況往往是:由于加工精度的限制，非對稱因素的影響，形成發動機的幾何不對稱性，或者高溫高壓情況下發動機喉部與噴管的變形以及燃氣在噴管內的不對稱流動，導致發動機推力作用線偏離發動機中心軸線，從而產生了推力偏心、出現側向推力和主推力矢量繞推進器質心的力矩，針對這些問題，在某型號2000N發動機研制過程中，提出了矢量推力測量的技術要求。
[0003]針對這一問題，設計了矢量推力測量裝置，實現了2000N姿控發動機矢量推力測量，但應用矢量推力測量裝置進行矢量推力測量過程中，存在以下問題:
[0004](I)在2000N姿控發動機矢量推力測量過程中，發動機水平安裝于矢量力傳感器上，在發動機的重量作用下，矢量力傳感器會在垂直方向產生一定的形變，這種狀態與試驗室校準環境不同；
[0005](2)在2000N姿控發動機矢量推力測量過程中，大氣壓力、環境溫度與試驗室校準環境不同，導致應用試驗室校準系數計算發動機矢量推力的精度降低；
[0006](3)在矢量推力測量過程中，發動機需要通過供應管路進行推進劑供應，而管路安裝不能完全消除安裝形變，必然會產生一定的初始力值，多次試驗需要重復安裝管路，這導致初始力值在每次試驗過程也不完全相同，這些狀態也在試驗室內無法模擬；
[0007](4)在發動機矢量推力測量過程中，供應管路會隨著矢量力傳感器的形變而形變，這就導致發動機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，矢量力傳感器測得的力值小于發動機的真實矢量推力。
[0008](5)同時，供應管路的存在，會影響矢量力傳感器的相間互擾系數。

【發明內容】

[0009]為了消除環境變化、安裝狀態、管路約束、相間互擾等對姿控發動機矢量推力測量的影響，本發明提供一種姿控發動機矢量推力原位校準裝置。
[0010]本發明的技術解決方案:
[0011]姿控發動機矢量推力原位校準裝置，其特殊之處在于:包括標準矢量力力源、加載機構、矢量力測量單元、數據采集單元以及數據處理單元，
[0012]所述標準矢量力力源用于根據執行要求產生并控制9個標準力作用在加載機構上；
[0013]所述加載機構用于固定待校準的矢量力傳感器，并將9個標準力施加在不同的地方完成待校準矢量力傳感器的三個方向的力載荷Fx、Fy、Fz以及三個方向的力矩載荷Mx、My、Mz的加載；
[0014]所述矢量力測量單元用于對待測矢量力傳感器輸出的電壓信號的進行采集并存儲至數據處理模塊，同時為待校準矢量力傳感器的7個應變橋單獨提供激勵，并對所提供激勵進行回測；
[0015]所述數據處理模塊用于接收來自標準矢量力力源的加載結果和矢量力測量單元的測量結果，并進行存儲對，后通過計算獲取待校準矢量力傳感器的校準系數。
[0016]標準矢量力力源包括力源控制模塊、PLC控制器、9個伺服驅動器、9個電動缸、9個標準傳感器以及采集設備，
[0017]9個伺服驅動器、9個電動缸和9個標準力傳感器一一對應，依次連接；
[0018]所述力源控制模塊包括施加指令產生模塊、比較模塊以及施加結果反饋模塊，所述采集設備用于采集用于在標準力傳感器上的實時力值并反饋給力源控制模塊;PLC控制器控制對應電動缸運動，電動缸產生的力作用于對應的標準力傳感器上；
[0019]所述施加指令產生模塊用于根據矢量力傳感器校準程序產生施加指令發送給PLC控制器，同時將施加指令中包含的施加標準力值發送給比較模塊；
[0020]所述比較模塊用于接收數據采集設備反饋的實時力值，并與需要施加的標準力值進行比較后，根據比較結果向施加指令產生模塊或施加結果反饋模塊發送指令；當實時力值與標準力值在差值在允許范圍內，向施加指令產生模塊發送停止施加指令，同時向施加結果反饋模塊發送施加結果。
[0021]上述加載機構包括加載頭、連桿、傳感器安裝法蘭以及后法蘭，所述加載頭的一端與發動機連接，所述加載頭的另一端通過連桿與后法蘭連接，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的基礎上，待校準矢量力傳感器的一端固定在傳感器安裝法蘭上，待校準矢量力傳感器的另一端固定在加載頭上；
[0022]設加載頭的中心位置為原點，加載頭與水平面平行的為X軸，與水平面垂直的為Z軸，發動機的中軸線為Y軸;所述加載頭上的設置有六個拉環和兩個壓座；后法蘭上設置有第七拉環；
[0023]拉環用于實現標準拉力的施加，具有3自由度，對施加的標準拉力具有補償作用；壓座用于實現標準壓力的施加，具有3自由度，對施加的標準推力具有補償作用;六個拉環和兩個壓座通過組合的方式實現?7、？2、]\^、]%和1^標準力的施加；
[0024]第一拉環位于加載頭的X軸上，標準拉力Fl通過第一拉環作用在加載頭上，標準拉力Fl的方向與X軸同向；第二、三拉環分別位于X軸上且以Y軸對稱設置，標準拉力F6通過第二拉環作用在加載頭上，標準拉力F7通過第三拉環作用在加載頭上，標準拉力F6、標準拉力F7的均與Z軸平行，方向相反且大小相同；第四拉環位于X軸上，第一壓座位于X軸上，第四拉環與第一壓座以Z軸對稱設置;標準推力F8通過第一壓座作用在加載頭上，標準拉力F9通過第四拉環作用在加載頭上，標準推力F8與標準拉力F9均與Z軸平行，方向相反且大小相同；第五拉環位于加載頭的Z軸上，標準拉力F3通過第一拉環作用在加載頭上，標準拉力F3的方向與Z軸同向；第六拉環位于加載頭的Z軸上，第二壓座位于加載頭的Z軸上，第六拉環與第二壓座以X軸對稱設置，標準拉力F5通過第六拉環作用在加載頭上，標準推力F4通過第二壓座作用在加載頭上，標準拉力F5與標準推力F4均與Y軸平行，方向相反且大小相同；標準拉力F2通過第七拉環作用在后法蘭上，標準拉力F2的方向與Y軸一致;9個電動缸分別作用在六個拉環、兩個壓座和第七拉環上。
[0025]上述數據處理單元包括標準力判斷模塊、標準力采集模塊、電壓信號采集模塊、存儲模塊以及校準系數計算模塊，
[0026]所述標準力判斷模塊用于接收來自標準矢量力力源的是否為正確的加載結果，并在加載結果正確時，將加載的標準力值發送給標準力采集模塊，同時通知電壓信號采集模塊采集與該加載結果對應的電壓信號；
[0027]所述標準力采集模塊用于采集標準力判斷模塊發送的標準力值，并發送給存儲模塊;所述電壓信號采集模塊用于從矢量力測量單元采集對應的電壓信號，并發送給存儲模塊;所述存儲模塊用于按照對應的關系存儲采集到的標準力值和電壓信號；
[0028]所述校準系數計算模塊用于在九個標準力加載完成后，從存儲模塊中讀取對應的數據按照單元校準法計算待校準矢量力傳感器的校準系數。
[0029]上述采集設備為DMP40采集設備。
[0030]待校準矢量力傳感器通過4個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2個定位銷定位后，由4個螺栓固定；
[0031 ]后法蘭與加載頭之間通過4個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材料LV12制作。
[0033]本發明所具有的優點:
[0034]1、應用本發明裝置可消除管路、線纜等約束環節對姿控發動機矢量推力測量的影響，顯著提高矢量推力測量精度；
[0035]2、本發明裝置的力源基于電動缸的精確控制技術研制，可實現2Pa高真空環境下標準力加載。
[0036]3、本發明裝置的校準范圍主推力Fx為O?2000N、側向力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、本發明裝置的控制系統采用PLC自動控制，因此，可以在發動機點火前、后以遠程自動校準；
[0038]5、本發明采用LV12制作，質量輕，降低矢量力傳感器承擔額重量。
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