[发明专利]一种用于微小推力测量的测量装置

说明书

技术领域

本发明属于空间微小推力推力器技术领域，具体来说，是一种用于微小推力测量的测量装置，是微小推力测量系统的一部分。

背景技术

随着电推进技术的发展，越来越多的电推力器被设计出来，但是很多电推力器的推力都是mN级的，常规推力测量的方法难以对这么微小的推力进行精确测量。而推力又是推力器的一个非常重要的参数，如果无法确定推力，推力器的一些重要的性能参数，例如比冲也将无法确定，这会为推力器的实际应用带来很大麻烦。为了能精确测量电推力器的推力，微小推力测量系统被设计出来了。

微小推力测量系统可分为直接测量和间接测量两种。一般来说直接测量在原理上更简单，设计比较容易，测量结果也更可靠，例如北京航空航天大学研制出的名为《一种用于空间微小推力发动机的推力测量系统》的测量系统就属于直接测量的一种。但是直接测量要求把推力器直接安装到测量系统的动架上，而附加场等离子体推力器质量大、结构复杂，仅仅是用于提供附加磁场的线圈质量就超过50kg，而发动机工作时需要4路水路、2路气路和4路电路。如果用直接法进行测量的话要把发动机和线圈全部安装在推力架上，同时还要保证发动机的水路和电路不对测量造成干扰，这是很难实现的。鉴于附加场等离子推力器质量大，结构复杂的特点，难以采用已有的直接测量系统对其进行推力测量。较理想的方式是采用间接推力测量。

间接测量时就可以把复杂发动机系统与测量系统分开，测量系统只需要对发动机喷出的羽流进行测试即可。据现有资料来看，国内清华大学研制过针对微喷管装置的标靶法推力测量装置，该装置中靶的安装方式为悬挂式，测量时把靶视为单摆的质点。使用单摆模型的前提是靶的悬挂装置的长度相对靶面的特征长度来说要足够大，所以这种测量装置需要较大的空间，而且悬挂安装的靶必然存在一个转轴，转轴处的滑动摩擦力对测量结果会有一定的影响。并且这种测量装置针对的推力器是一种微型的冷气推力器，喷出的燃气是氮气，温度较低，而附加场等离子体推力器喷出的是高温的羽流，工况十分恶劣。另外该系统中用于位移测量的传感器是电涡流位移传感器，这种传感器难以在附加场等离子体推力器羽流的强电磁环境中正常工作。在国外已经有了针对离子推力器的投靶法推力测量装置，但是国外的投靶法测量装置在测量靶的位移时用激光反射的方法，这种方法容易受到发动机发出的强光的干扰。而且该系统中靶和位移测量装置是分开的，每次移动靶的位置都需要重新标定推力架。所以这些装置都不适合附加场等离子体推力器的推力测量。

发明内容

根据上述问题，本发明专门针对附加场等离子体推力器，设计一种用于微小推力测量的测量装置，作为投靶法微小推力测量系统的核心部分，

本发明用于微小推力测量的测量装置，包括靶系统、位移传感器系统与靶安装块；其中，靶系统包括靶、弹性梁与垂直角铝；位移传感器系统包括位移传感器、传感器安装杆与传感器安装板；

所述靶系统中，垂直角铝为由横板与纵板构成的截面为L型铝件；横板与靶安装块的下表面贴合，横板端面通过靶安装块上设计的定位台阶实现前后方向上的定位；纵板的外侧面上开有竖直定位凹槽；弹性梁与定位凹槽配合设置在定位凹槽中，实现弹性梁的定位固定；并使弹性梁顶端顶住靶安装块底面；弹性梁底端安装有靶；所述位移传感器系统中，传感器安装杆竖直设置，顶端与靶安装块底面固定；传感器安装杆底端通过传感器安装板安装有位移传感器，使位移传感器的测量端正对弹性梁中部。

应用本发明推力测量装置进行测量时把靶安装块固定在外部位移机构的移动平台上，利用靶来承受发动机羽流的撞击，由于靶和弹性梁固连，而弹性梁的刚度系数较小，容易发生弯曲，因此靶在受到羽流撞击之后就会发生明显的移动。位于靶后方的位移传感器是用来测量弹性梁产生的位移；位移传感器可以测量其自身到弹性梁之间的间距，这样在弹性梁发生弯曲时就可以测出弹性梁的位移量。由于发动机羽流在喷射的过程中会有一定的衰减，所以可以通过测量不同位置处的推力，然后分析比较真实推力的值。

本发明的优点为：

1、本发明推力测量装置，通过靶安装块使得整个测量装置实现的一体化，这样调整测量装置和发动机之间的间距就非常方便，甚至可以在测量过程中连续自动调整；

2、本发明推力测量装置，在使用时靶安装块会和一台位移机构的移动平台固连，这样整个测量装置就可以很方便的移动，同时装置内部各个部件还能保持相对位置不变，这就使得只要在实验前进行一次标定就能保证整个实验过程中测量结果的可靠性；