[发明专利]一种测量发动机微小推力的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种力的测量设备，尤其涉及一种高精度的微小型发动机的推力测量装置，属于力的测量技术领域。

背景技术

近年来，随着科技的发展，国际小卫星、微小卫星的研制和发展很快，在某种意义上代表了航天器小型化的趋势。小卫星被广泛应用于数据通信、数据传输、地面环境监测、空间环境观测、导航定位、科学试验等众多领域。相对于中高轨卫星，小卫星的投资与营运成本低、应急能力与灵活性强、系统建设周期短，应用前景十分广阔。因此，国际航天界在20世纪末出现了“小卫星热”。

日益兴盛的小卫星、微卫星和微型行星探测器要求星上的推进系统质量更轻、体积更小和效率更高，当它们进行姿控、轨控和星座位置保持时，需要的微小型发动机的推力非常小，有的可以达到mN或亚mN级，通过介质喷射从而对小卫星进行精确控制。而这些微小发动机必须在地面试验后才能用于卫星的空间控制，微小型发动机的性能实验和标定，需要分辨率很高的测量系统，如果测量系统测不出推力，就无法验证发动机的基本性能——比冲。微小推力测量装置可以直观地给出发动机的压力、流量等参数变化引起的推力变化，为发动机的研制、设计及参数的选择提供必要的、有力的技术手段。

发动机的微小推力测量是一项具有挑战性的工作，同时也是一项十分困难的工作。其作用是给微推进系统的开发提供一个测量和标定的平台。也正是因为此，不同国家对此都进行了大量的研究。美国NASA Lewis研究中心采用弯曲位移电磁力补偿、比例微积分电路控制方法测量Arcjet的推力；俄罗斯原子能研究所等机构采用钟摆位移电磁力补偿方法，他们研制的微推进器及微推进器微小推力测量装置处于世界领先地位，但该装置的测量准确度不高。

发明内容

本专利发明的目的是提供一种测量发动机微小推力的装置，可以很好的解决发动机自重、连接的推进剂管道和导线等对测量结果的影响，对mN级推力的测量达到很高的测量精度，对微小卫星的姿态和轨道控制发动机的研究具有重要的意义，在微小卫星用小型发动机的推力测量和研究中具有很好的应用前景。

本发明提供的第一种技术方案如下：

一种测量发动机微小推力的装置，其特征在于：所述装置包括底座、带刀口的竖梁、推进剂贮箱、横梁、配重、发动机、电控箱、力传感器、信号处理单元以及计算机；所述带刀口的竖梁安装在底座上，横梁垂直安置在竖梁的刀口上；所述发动机和配重安装在横梁上，发动机和配重分别位于刀口的两侧；所述的力传感器安装在底座上，该力传感器通过横梁触点与横梁接触，并与发动机设置在横梁的同一侧；所述的推进剂贮箱通过推进剂导管与发动机的推进剂进口相连；发动机通过控制线路与电控箱相连；力传感器通过数据线与信号处理单元连接，信号处理单元通过数据线与计算机连接；力传感器采集的模拟信号经过信号处理单元处理后进入计算机进行处理。

本发明提供的另一种技术方案是：一种测量发动机微小推力的装置，其特征在于：所述装置包括底座、带刀口的竖梁、推进剂贮箱、横梁、配重、发动机、发动机支架、电控箱、力传感器、信号处理单元以及计算机；所述带刀口的竖梁安装在底座上，横梁垂直安置在竖梁的刀口上，所述发动机安装在发动机支架上，该发动机支架竖直固定在横梁上，发动机和配重分别位于刀口的两侧；所述的力传感器安装在底座上，该力传感器通过横梁触点与横梁接触，并与发动机设置在横梁的同一侧；所述的推进剂贮箱通过推进剂导管与发动机的推进剂进口相连；发动机通过控制线路与电控箱相连；力传感器通过数据线与信号处理单元连接，信号处理单元通过数据线与计算机连接；力传感器采集的模拟信号经过信号处理单元处理后进入计算机进行处理。

上述两种技术方案中，所述的推进剂管路含有一段与竖梁平行并固定在竖梁上的一段垂直推进剂管路和一段与横梁平行并固定在横梁上的一段水平推进剂管路；控制线路含有一段与竖梁平行并固定在竖梁上的一段垂直控制线路和一段与横梁平行并固定在横梁上的一段水平控制线路；所述的一段垂直推进剂管路和一段垂直控制线路与刀口在同一竖直平面内。所述的垂直推进剂管路和垂直控制线路分别固定在竖梁的同侧或两侧。

本发明的技术方案还在于：所述的测量发动机微小推力的装置还含有自动标定装置，所述自动标定装置包括标定小球、上限位开关、下限位开关、电动机、偏心轮和托盘；标定小球通过柔性细丝吊装在横梁上；偏心轮安装在电动机的输出轴上；托盘与偏心轮外圆接触。