一種用于微小推力測(cè)量的測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間微小推力推力器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種用于微小推力測(cè)量的測(cè)量裝置，是微小推力測(cè)量系統(tǒng)的一部分。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電推力器被設(shè)計(jì)出來，但是很多電推力器的推力都是HlN級(jí)的，常規(guī)推力測(cè)量的方法難以對(duì)這么微小的推力進(jìn)行精確測(cè)量。而推力又是推力器的一個(gè)非常重要的參數(shù)，如果無法確定推力，推力器的一些重要的性能參數(shù)，例如比沖也將無法確定，這會(huì)為推力器的實(shí)際應(yīng)用帶來很大麻煩。為了能精確測(cè)量電推力器的推力，微小推力測(cè)量系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來了。
[0003]微小推力測(cè)量系統(tǒng)可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量?jī)煞N。一般來說直接測(cè)量在原理上更簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)比較容易，測(cè)量結(jié)果也更可靠，例如北京航空航天大學(xué)研制出的名為《一種用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)》的測(cè)量系統(tǒng)就屬于直接測(cè)量的一種。但是直接測(cè)量要求把推力器直接安裝到測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)架上，而附加場(chǎng)等離子體推力器質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅僅是用于提供附加磁場(chǎng)的線圈質(zhì)量就超過50kg，而發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要4路水路、2路氣路和4路電路。如果用直接法進(jìn)行測(cè)量的話要把發(fā)動(dòng)機(jī)和線圈全部安裝在推力架上，同時(shí)還要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的水路和電路不對(duì)測(cè)量造成干擾，這是很難實(shí)現(xiàn)的。鑒于附加場(chǎng)等離子推力器質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，難以采用已有的直接測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行推力測(cè)量。較理想的方式是采用間接推力測(cè)量。
[0004]間接測(cè)量時(shí)就可以把復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)分開，測(cè)量系統(tǒng)只需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的羽流進(jìn)行測(cè)試即可。據(jù)現(xiàn)有資料來看，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)研制過針對(duì)微噴管裝置的標(biāo)靶法推力測(cè)量裝置，該裝置中靶的安裝方式為懸掛式，測(cè)量時(shí)把靶視為單擺的質(zhì)點(diǎn)。使用單擺模型的前提是靶的懸掛裝置的長(zhǎng)度相對(duì)靶面的特征長(zhǎng)度來說要足夠大，所以這種測(cè)量裝置需要較大的空間，而且懸掛安裝的靶必然存在一個(gè)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸處的滑動(dòng)摩擦力對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有一定的影響。并且這種測(cè)量裝置針對(duì)的推力器是一種微型的冷氣推力器，噴出的燃?xì)馐堑獨(dú)?，溫度較低，而附加場(chǎng)等離子體推力器噴出的是高溫的羽流，工況十分惡劣。另外該系統(tǒng)中用于位移測(cè)量的傳感器是電渦流位移傳感器，這種傳感器難以在附加場(chǎng)等離子體推力器羽流的強(qiáng)電磁環(huán)境中正常工作。在國(guó)外已經(jīng)有了針對(duì)離子推力器的投靶法推力測(cè)量裝置，但是國(guó)外的投靶法測(cè)量裝置在測(cè)量靶的位移時(shí)用激光反射的方法，這種方法容易受到發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的強(qiáng)光的干擾。而且該系統(tǒng)中靶和位移測(cè)量裝置是分開的，每次移動(dòng)靶的位置都需要重新標(biāo)定推力架。所以這些裝置都不適合附加場(chǎng)等離子體推力器的推力測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)上述問題，本發(fā)明專門針對(duì)附加場(chǎng)等離子體推力器，設(shè)計(jì)一種用于微小推力測(cè)量的測(cè)量裝置，作為投靶法微小推力測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，
[0006]本發(fā)明用于微小推力測(cè)量的測(cè)量裝置，包括靶系統(tǒng)、位移傳感器系統(tǒng)與靶安裝塊；其中，靶系統(tǒng)包括靶、彈性梁與垂直角鋁；位移傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器、傳感器安裝桿與傳感器安裝板；
[0007]所述靶系統(tǒng)中，垂直角鋁為由橫板與縱板構(gòu)成的截面為L(zhǎng)型鋁件；橫板與靶安裝塊的下表面貼合，橫板端面通過靶安裝塊上設(shè)計(jì)的定位臺(tái)階實(shí)現(xiàn)前后方向上的定位；縱板的外側(cè)面上開有豎直定位凹槽；彈性梁與定位凹槽配合設(shè)置在定位凹槽中，實(shí)現(xiàn)彈性梁的定位固定；并使彈性梁頂端頂住靶安裝塊底面；彈性梁底端安裝有靶；所述位移傳感器系統(tǒng)中，傳感器安裝桿豎直設(shè)置，頂端與靶安裝塊底面固定；傳感器安裝桿底端通過傳感器安裝板安裝有位移傳感器，使位移傳感器的測(cè)量端正對(duì)彈性梁中部。
[0008]應(yīng)用本發(fā)明推力測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)把靶安裝塊固定在外部位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)上，利用靶來承受發(fā)動(dòng)機(jī)羽流的撞擊，由于靶和彈性梁固連，而彈性梁的剛度系數(shù)較小，容易發(fā)生彎曲，因此靶在受到羽流撞擊之后就會(huì)發(fā)生明顯的移動(dòng)。位于靶后方的位移傳感器是用來測(cè)量彈性梁產(chǎn)生的位移；位移傳感器可以測(cè)量其自身到彈性梁之間的間距，這樣在彈性梁發(fā)生彎曲時(shí)就可以測(cè)出彈性梁的位移量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)羽流在噴射的過程中會(huì)有一定的衰減，所以可以通過測(cè)量不同位置處的推力，然后分析比較真實(shí)推力的值。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0010]1、本發(fā)明推力測(cè)量裝置，通過靶安裝塊使得整個(gè)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的一體化，這樣調(diào)整測(cè)量裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的間距就非常方便，甚至可以在測(cè)量過程中連續(xù)自動(dòng)調(diào)整；
[0011]2、本發(fā)明推力測(cè)量裝置，在使用時(shí)靶安裝塊會(huì)和一臺(tái)位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)固連，這樣整個(gè)測(cè)量裝置就可以很方便的移動(dòng)，同時(shí)裝置內(nèi)部各個(gè)部件還能保持相對(duì)位置不變，這就使得只要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行一次標(biāo)定就能保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)量結(jié)果的可靠性；
[0012]3、本發(fā)明推力測(cè)量裝置，考慮附加場(chǎng)等離子體推力器工作時(shí)周圍有強(qiáng)磁場(chǎng)，而其噴出的羽流中有很多帶電粒子，所以發(fā)動(dòng)機(jī)周圍會(huì)有較強(qiáng)的電磁場(chǎng)，之前提過的電渦流式位移傳感器在這種工況下是難以正常工作的，因此選用激光位置傳感器進(jìn)行測(cè)量，可忽略其自身受到的影響；
[0013]4、本發(fā)明推力測(cè)量裝置，考慮靶處于羽流中心位置，溫度會(huì)比較高，而激光傳感器在高溫下是不能正常工作的，把測(cè)量點(diǎn)上移之后傳感器所處位置的溫度比較低，同時(shí)也便于對(duì)傳感器進(jìn)行其他熱防護(hù)，因此位移傳感器的測(cè)試點(diǎn)選擇的是彈性梁而不是靶面；
[0014]5、本發(fā)明推力測(cè)量裝置，靶采用鋁合金骨架剛度好，且質(zhì)量??；采用銅板能耐高溫，且在離子轟擊時(shí)濺射量小，進(jìn)而使測(cè)量更靈敏。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明測(cè)量裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明測(cè)量裝置中靶安裝塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明測(cè)量裝置中傳感器安裝桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明測(cè)量裝置中傳感器安裝頂板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明測(cè)量裝置中垂直角鋁結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1-靶系統(tǒng)2-位移傳感器系統(tǒng) 3-靶安裝塊
[0022]101-靶102-彈性梁103-垂直角鋁
[0023]104-定位臺(tái)階 105-定位凹槽201-位移傳感器
[0024]202-傳感器安裝板203-位移傳感器 204-定位凹槽
[0025]205-階梯孔
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027]本發(fā)明用于微小推力測(cè)量的測(cè)量裝置，包括靶系統(tǒng)1、位移傳感器系統(tǒng)2與靶安裝塊3，如圖1所示；其中，靶系統(tǒng)I包括靶101、彈性梁102與