小力值推力矢量測試研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的不斷快速發(fā)展，每年各國發(fā)射到太空中各種航天器，如衛(wèi)星、探月飛行器、飛船等，它們的姿態(tài)的調(diào)整、軌道的改變、速度的修正等，都是通過自身攜帶的小力值姿控發(fā)動機產(chǎn)生推力實現(xiàn)的。因此，對發(fā)動機推力精確控制非常重要。但是，由于制造、零部件安裝等方面精度的限制，導致動機產(chǎn)生的推力偏離理想推力。故此，需要對發(fā)動機推力進行矢量力測試，確定其偏離理想推力的矢量力參數(shù)，對發(fā)動機性能進行評定。
　　本文以小力值矢量力測量為研究對象。針對小力

2、值測量中的力值小、主側(cè)向量程比大的測試難點，從測試原理、理論分析、仿真和實驗等方面，對小力值推力矢量測試的難點進行了深入分析研究，提出相應的解決設計方案，研制出了以壓電測力儀為核心的小力值矢量力測試系統(tǒng)。
　　首先針對測試系統(tǒng)測量力量程小的難點，分析研究了影響壓電測力儀分辨率及靈敏度的因素。從理論及實驗的角度出發(fā)，研究了壓電傳感器中石英晶片的個數(shù)、切型以及尺寸等對壓電測力儀的靈敏度、分辨率的影響，對上述參數(shù)進行優(yōu)化設計;同時，對測

3、力儀所需施加的預緊力進行實驗研究，得到其對靈敏度的影響，選擇合理的預緊力提高靈敏度。
　　其次對推力測量中大量程比帶來的主向?qū)?cè)向產(chǎn)生向間干擾的難題進行分析研究，從壓電測力儀本身結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)的標定加載兩方面進行分析。通過有限元對測力儀上蓋進行尺寸參數(shù)的分析，得到上蓋的厚度、中心孔徑以及傳感器跨距對上蓋變形及向間干擾的影響曲線，優(yōu)化尺寸選擇合理的參數(shù)，降低向間干擾;對測試標定加載力偏差進行理論分析，得到標定加載偏差對矢量力測試精度

4、的影響;以此為指導對測試系統(tǒng)的標定加載桿的連接方式進行設計，更改為萬向節(jié)式連接，降低因標定加載偏差引起的向間干擾。
　　對壓電測力儀和整個測試系統(tǒng)進行靜態(tài)標定和矢量力模擬測量，結(jié)果表明:研制出的壓電測力儀能夠?qū)崿F(xiàn)對所需要量程的小力值推力進行測量，其線性、重復性指標均在2％以內(nèi)，壓電測力儀本身的向間干擾降低到4％以內(nèi);改變連接方式后，測試系統(tǒng)的向間干擾降低37.5％以上，不確定度最多降低53.9％。對矢量力參數(shù)模擬測量得到的結(jié)果不確