[发明专利]一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法

权利要求书

1.一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对山形弹簧板在受拉压及弯曲条件下的应变进行有限元仿真计算，确定山形弹簧板在受到正向拉压时，其表面应变的分布情况；确定山形弹簧板在受到弯矩作用时，其表面应变的分布情况；

2)利用山形弹簧板有限元仿真计算的结果，得到单个山形弹簧板在承受正向拉压力时，拉压力与应变ε之间的线性关系；得到单个山形弹簧板在承受弯矩时，弯矩与应变ε之间的线性关系，得到k₁、k₂：

F＝k₁ε (1)

M＝k₂ε (2)

式中：F为山形弹簧板所受的拉压力，单位为N；M为山形弹簧板所受的弯矩，单位为Nm，ε为应变片所测得的应变值，单位为μm/m；k₁、k₂为利用仿真结果推导获得的线性比例系数；

3)根据步骤1)得到的应变分布情况，对山形弹簧板上的应变片粘贴位置进行选择；

3.1)将四块山形弹簧板均匀设置在试车台动架及试车台定架之间，山形弹簧板侧板与试车台定架连接，山形弹簧板中心板与试车台动架连接；

3.2)在四块山形弹簧板安装八个应变片，其中四个应变片安装在山形弹簧板中心板上表面分叉处，粘贴方向与分叉方向一致；四个应变片安装在山形弹簧板侧板底部表面且靠近分叉处，粘贴方向与厚度方向一致；

4)在发动机试验过程中，测量四块山形弹簧板上八个应变片的应变值，利用所获得的拉压力、弯矩与应变值的对应线性关系，得到各山形弹簧板所受X、Y方向的拉压力及弯矩值，确定X、Y方向的侧向力F_x、F_y；

5)利用计算得到发动机侧向力X、Y方向的分力，并通过矢量求和的方式，确定侧向力的大小及方向；

式中：Fc为发动机侧向力。

2.根据权利要求1所述的大推力火箭发动机侧向力试验预估方法，其特征在于，步骤3.2)具体为：在四块山形弹簧板安装八个应变片，其中第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片安装在山形弹簧板中心板上表面分叉处，粘贴方向与分叉方向一致；第五应变片、第六应变片、第七应变片、第八应变片安装在山形弹簧板侧板底部表面且靠近分叉处，粘贴方向与厚度方向一致；第一应变片和第五应变片安装在同一山形弹簧板上，第二应变片和第六应变片安装在同一山形弹簧板上，第三应变片和第七应变片安装在同一山形弹簧板上，第四应变片和第八应变片安装在同一山形弹簧板上。

3.根据权利要求2所述的大推力火箭发动机侧向力试验预估方法，其特征在于，步骤4)具体包括以下步骤：

4.1)测得第六应变片和第八应变片的应变值ε₆、ε₈，通过式(5)、(6)，得到力矩M₂、M₄的大小，测得第一应变片和第三应变片的应变值ε₁、ε₃，通过式 (3)和式(4)，得到发动机受到的X方向力，确定侧向力在X方向的分量F_x；

[F_x-(F₁-F₃)]×2m＝M₂+M₄ (3)

F₁-F₃＝k₁(ε₁-ε₃) (4)

M₂＝k₂ε₆ (5)

M₄＝k₂ε₈ (6)

式中：M₂为粘贴有第六应变片的山形弹簧板受扭转而产生的弯矩，单位为Nm；

M₄为粘贴有第八应变片的山形弹簧板受扭转而产生的弯矩，单位为Nm；

F₁为粘贴有第一应变片的山形弹簧板受拉伸或压缩产生的拉压力，单位为N；

F₃为粘贴有第三应变片的山形弹簧板受拉伸或压缩产生的拉压力，单位为N；

4.2)测得第五应变片和第七应变片的应变值ε₅、ε₇，通过式(9)、(10)，得到力矩M₁、M₃的大小，测得第二应变片和第四应变片的应变值ε₂、ε₄，通过式(7)和(8)，得到发动机受到的Y方向力，确定侧向力在Y方向的分量F_y；

[F_y-(F₂-F₄)]×2m＝M₁+M₃ (7)

F₂-F₄＝k₁(ε₂-ε₄) (8)

M₃＝k₂ε₅ (9)

M₁＝k₂ε₇ (10)

式中：M₁为粘贴有第七应变片的山形弹簧板受扭转而产生的弯矩，单位为Nm；

M₃为粘贴有第五应变片的山形弹簧板受扭转而产生的弯矩，单位为Nm；

F₂为粘贴有第二应变片的山形弹簧板受拉伸或压缩产生的拉压力，单位为N；

F₄为粘贴有第四应变片的山形弹簧板受拉伸或压缩产生的拉压力，单位为N。