[发明专利]一种运载火箭发动机喷管摆角和摆角加速度测量系统及方法

权利要求书

1.运载火箭发动机喷管摆角和摆角加速度测量系统，其特征在于包括线位移传感器、加速度传感器、数据采集终端、数据显示处理终端；

线位移传感器，用于测量发动机喷管侧壁上第一预设测试点的线位移；

加速度传感器，用于测量发动机喷管侧壁上第二预设测试点的加速度；

数据采集终端，采集线位移传感器输出的线位移信息，发送至数据显示处理终端；采集加速度传感器输出的加速度信息，发送至数据显示处理终端；

数据显示处理终端，同步接收线位移以及加速度信息，将线位移信息代入发动机摆角的数学模型，计算得到发动机摆角；将加速度传感器输出的加速度信息代入发动机摆角加速度的数学模型，计算得到发动机摆角加速度；

所述线位移传感器的安装方式为：线位移传感器自由伸缩端A与发动机喷管上的第一预设测试点采用关节轴承链接，固定端B与线位移支座采用关节轴承链接，线位移支座与地基固定连接，所述线位移传感器自由伸缩端A、固定端B、发动机摆心O，构成一个平面，安装完成后，该平面过发动机喷管中心轴线，为发动机喷管的对称平面；

所述线位移传感器位移输出信号与发动机摆角的数学模型为：

其中：

a为线位移传感器固定端B到发动机摆心O的几何长度；

b为线位移传感器自由伸缩端A到发动机摆心O的几何长度；

l为线位移传感器的实时长度，l₀为线位移传感器的零位长度；

θ为发动机摆心O与线位移传感器自由端A连线与发动机摆心O与线位移传感器固定端B连线之间的夹角；

θ₀为发动机摆心O与线位移传感器自由伸缩端A连线与发动机摆心O与线位移传感器固定端B连线之间的夹角的初始值；

dl为线位移传感器输出线位移值变化量；

Δδ为发动机摆角；

所述发动机摆角加速度的数学模型为：

其中：

r为加速度传感器距离发动机中轴线距离半径；

h为加速度传感器距离发动机摆心中轴线方向的距离；

为加速度传感器坐标系下y轴加速度传感器输出值；

为发动机静态时加速度传感器坐标系下x轴加速度传感器输出值；

为发动机静态时加速度传感器坐标系下y轴加速度传感器输出值；

β为加速度传感器坐标系x轴与重力方向夹角；所述的加速度传感器坐标系以传感器粘贴固定面的几何中心D为原点，以ABO平面与喷管曲面相交曲线D点的切线为X轴，以ABO平面与喷管曲面相交曲线D点的法线为Y轴；

φ为加速度传感器与摆心连线与重力方向夹角；

为发动机加速度摆角；

Δδ为发动机摆角；

g为重力加速度。

2.根据权利要求1所述的运载火箭发动机喷管摆角和摆角加速度测量系统，其特征在于所述加速度传感器的安装方式为：加速度传感器粘贴于发动机喷管外壁上，位置为位移传感器自由伸缩端A关于喷管中心轴线对称点正上方喷管口处。

3.运载火箭发动机喷管摆角和摆角加速度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

s1、安装线位移传感器，具体安装方式为：线位移传感器自由伸缩端与发动机喷管上的位移传感器上支点采用关节轴承链接，固定端与线位移支座采用关节轴承链接，线位移支座与地基固结；所述线位移传感器自由伸缩端A、固定端B、发动机摆心O，构成一个平面，安装完成后，该平面为发动机喷管的对称平面；

s2、安装加速度传感器，具体安装方式为：加速度传感器粘贴于发动机喷管外壁上，位置为位移传感器自由伸缩端关于喷管中轴线对称点正上方喷管口处；

s3、根据线位移传感器位移输出量dl与发动机摆角Δδ数学模型，计算发动机摆角；

s4、依据建立的加速度传感器输出量与发动机摆角数学模型，计算发动机摆角加速度；

线位移传感器位移输出量dl与发动机摆角Δδ数学模型为：

其中：

a为线位移传感器固定端B到发动机摆心O的几何长度；

b为线位移传感器自由伸缩端A到发动机摆心O的几何长度；

l为线位移传感器的实时长度，l₀为线位移传感器的零位长度；

θ为发动机摆心O与线位移传感器自由端A连线与发动机摆心O与线位移传感器固定端B连线之间的夹角；

θ₀为发动机摆心O与线位移传感器自由伸缩端A连线与发动机摆心O与线位移传感器固定端B连线之间的夹角的初始值；

dl为线位移传感器输出线位移值变化量；

Δδ为发动机摆角；

所述加速度传感器输出量与发动机摆角数学模型为：

其中：

r为加速度传感器距离发动机中轴线距离半径；

h为加速度传感器距离发动机摆心中轴线方向的距离；

为加速度传感器坐标系下y轴加速度传感器输出值；

为发动机静态时加速度传感器坐标系下x轴加速度传感器输出值；

为发动机静态时加速度传感器坐标系下y轴加速度传感器输出值；

β为加速度传感器坐标系x轴与重力方向夹角；所述的加速度传感器坐标系以传感器粘贴固定面的几何中心D为原点，以ABO平面与喷管曲面相交曲线D点的切线为X轴，以ABO平面与喷管曲面相交曲线D点的法线为Y轴；

φ为加速度传感器与摆心连线与重力方向夹角；

为发动机加速度摆角；

Δδ为发动机摆角；

g为重力加速度。