[发明专利]一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法

说明书

本发明涉及一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法。解决现有大推力液体火箭发动机的侧向力未知，且不能通过理论分析等方式确定侧向力的大致范围的问题。该方法包括：1)对山形弹簧板进行有限元仿真计算，2)利用山形弹簧板结构有限元仿真计算的结果，得到单个山形弹簧板拉压力F与应变ε之间的线性关系；得到山形弹簧板弯矩M与应变ε之间的线性关系，得到k₁、k₂；3)对山形弹簧板上的应变片粘贴位置进行选择；4)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，得到山形弹簧板所受X、Y方向的拉压力及弯矩值；5)通过矢量求和的方式，确定侧向力的大小及方向。

技术领域

本发明涉及火箭发动机试验领域，具体涉及一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法。

背景技术

由于火箭发动机自身结构、燃气流动作用等原因，会在发动机主推力的基础上，产生一定的侧向力，该侧向力会对火箭的运行轨迹产生影响，鉴于以上原因，需要测量发动机点火时侧向力的大小。

现有发动机侧向力测量主要通过在发动机试车时，加装三向推力测量系统实现，该方法在测量发动机轴向推力的同时，能够测量发动机侧向推力的大小，例如：郑健,周长省,刘锐.固体火箭发动机六分力试验台应用综述[J].江苏航空.2010增刊:5-8；采用该方法可实现发动机侧向力的精确测量，但其解耦过程复杂，同时在购买及安装传感器前，需要确定传感器的量程能否满足试验测量的要求。

此外，也可采用将轴向推力传感器直接换成三向力传感器的方式来实现侧向力测量，例如：苗德华,田临林.新型三向力传感器弹性元件的设计[J].力学与实践.1996.18(6):23-25；但是此种方式采用的三向力传感器结构复杂，造价较高；同时在购买及安装传感器前，同样需要确定传感器的量程能否试验测量的要求。

以上两种方法均可实现小推力发动机侧向力的精确测量，精确测量前已经通过理论分析等方式，确定了侧向力的大致范围，因此可通过分析结果对传感器的量程进行选择，同时对测力支架的结构进行设计；但是，大推力液体火箭发动机的侧向力是未知的，不能通过理论分析等方式确定侧向力的大致范围，因此需要通过有效的手段，确定发动机侧向力的测量范围，以方便进行传感器的选择及支撑结构的设计，即需要一种发动机侧向力的预估方法。

发明内容

本发明目的是解决现有大推力液体火箭发动机的侧向力未知，且不能通过理论分析等方式确定侧向力大致范围的问题，提供了一种大推力液体火箭发动机侧向力的试验预估方法，该方法能够采用较为简单的手段，实现大推力液体火箭发动机侧向力的试验预估，利用该方法获得的发动机侧向力试验预估值，能够为发动机三向力精确测量系统中，侧向力传感器的选型及支撑结构的设计，提供指导依据，且该发明不需要改变试车台原有结构。

本发明的技术方案是：

一种大推力火箭发动机侧向力试验预估方法，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)利用山形弹簧板结构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；