毫牛级微推力动态测量装置研究
发布时间：2021-10-27 10:42
随着科学技术的日益发展,人类对宇宙空间的探索更加深入,推进技术的蓬勃发展加快了航空器在深空探测中任务不断拓展的脚步。近几十年来,以电推进为代表的小推力推进技术迅猛发展,且电推进技术发展已然成熟并有着广阔的应用前景。针对不同飞行任务下小推力航天器的提升和轨道维持、姿态调整和阻力补偿等推进要求,电推进器所产生的推力要求在mN级甚至为μN级,而电推进相较于传统的化学推进法可以输出更小的推力,除此之外,电推进还具有体积小、质量轻、比冲高以及推进剂消耗少等优点。因此,对于输出推力为mN级及μN级的电推进器的研究实验具有很高的研究价值,而输出推力特性的跟踪监测实验也对电推进器的研发和改良有着相当大的研究意义。本文从实际应用领域出发,以测量mN级电推进器的输出推力为研究目标,通过总结国内外已有的微小推力测试方法及压电式传感器测力方法,综合分析现有的微推力测试装置的优缺点,设计了一种毫牛级微推力测试装置。该测量装置中的测量敏感元件采用压电式传感器。通过杆件上接的横梁把测力改为测扭矩,放大了所要测量的微小推力,从而得出微推力。在设计测量装置过程中,利用MATLAB软件进行了编程优化结构。在对装置进行标定...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 天平结构
1.2.2 扭摆结构
1.2.3 单摆结构
1.2.4 悬臂梁结构
1.2.5 基于特殊传感器的推力测量
1.3 课题主要研究内容
2 微推力测量装置的设计
2.1 测力单元的总体设计
2.1.1 压电机理
2.1.2 压电效应表达式
2.1.3 压电石英晶片扭转效应理论
2.1.4 石英晶体几何切型的选择
2.2 横梁的设计与优化
2.3 支撑杆及吸磁部分的结构设计
2.4 本章小结
3 微小推力测量装置的静态和动态标定实验
3.1 力源装置的静态标定实验
3.2 微推力测量装置的静态特性标定实验
3.3 微推力测量装置动态标定实验
3.3.1 微小电磁力的动态曲线模型
3.3.2 测量系统的动力学模型
3.3.3 微推力测量装置的固有频率测量
3.3.4 感抗对动态实验的影响
3.3.5 传感器动态响应电压的变化区间
3.3.6 微推力测量装置的动态标定实验
3.4 本章小结
4 动态特性实验结果的分析
4.1 基于快速傅里叶变换的实验信号频率分析
4.2 滤波后的输出电压曲线
4.3 电磁力的理论分析
4.4 基于COMSOL的磁场仿真模拟电磁力
4.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 课题相关照片
附录B MATLAB程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于悬臂梁结构的动态推力测量方法[J]. 王大鹏,周伟静,曹继宏,张闪,史晓云,何龙. 中国空间科学技术. 2018(05)
[2]间接法测量微推力现状及关键问题分析[J]. 王大鹏,金星,周伟静,李南雷,王青,王健博. 宇航计测技术. 2018(04)
[3]基于COMSOL软件的静磁场仿真与分析[J]. 陈庆东,王俊平. 大学物理实验. 2018(02)
[4]基于扭摆台架的动态推力测试方法研究[J]. 刘旭辉,杨飞虎,魏延明,陈君,汪旭东,毛威,李飞,余西龙. 推进技术. 2017(04)
[5]微波推力器独立系统的三丝扭摆推力测量[J]. 杨涓,刘宪闯,王与权,汤明杰,罗立涛,金逸舟,宁中喜. 推进技术. 2016(02)
[6]一种用于微小推力冲量测量的扭摆系统参数标定方法[J]. 金星,洪延姬,周伟静,常浩. 推进技术. 2015(10)
[7]双单摆式微推力测量系统的研究[J]. 边星,邵明学,杨福全,张海鹏. 真空与低温. 2014(03)
[8]微推力测量方法及其关键问题分析[J]. 洪延姬,周伟静,王广宇. 航空学报. 2013(10)
[9]压电式四向无定心钻削测力仪的研制[J]. 高长银,刘江. 压电与声光. 2012(06)
[10]三丝扭摆微推力在线测量方法及不确定度分析[J]. 宁中喜,范金蕤. 测控技术. 2012(05)
博士论文
[1]姿控火箭发动机脉冲推力测试系统研究[D]. 邢勤.大连理工大学 2011
[2]压电晶体扭转效应的研究[D]. 吴涧彤.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]毫牛级微推力测试装置研究[D]. 王春平.大连理工大学 2018
[2]LGS与石英压电传感器性能对比研究[D]. 赵丽琦.大连理工大学 2015
[3]基于扭秤的弱力测量的初步分析和校验[D]. 赵凤鸣.东北大学 2013
[4]固体火箭发动机瞬态推力测量[D]. 欧阳华兵.浙江工业大学 2005
本文编号：3461440
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 天平结构
1.2.2 扭摆结构
1.2.3 单摆结构
1.2.4 悬臂梁结构
1.2.5 基于特殊传感器的推力测量
1.3 课题主要研究内容
2 微推力测量装置的设计
2.1 测力单元的总体设计
2.1.1 压电机理
2.1.2 压电效应表达式
2.1.3 压电石英晶片扭转效应理论
2.1.4 石英晶体几何切型的选择
2.2 横梁的设计与优化
2.3 支撑杆及吸磁部分的结构设计
2.4 本章小结
3 微小推力测量装置的静态和动态标定实验
3.1 力源装置的静态标定实验
3.2 微推力测量装置的静态特性标定实验
3.3 微推力测量装置动态标定实验
3.3.1 微小电磁力的动态曲线模型
3.3.2 测量系统的动力学模型
3.3.3 微推力测量装置的固有频率测量
3.3.4 感抗对动态实验的影响
3.3.5 传感器动态响应电压的变化区间
3.3.6 微推力测量装置的动态标定实验
3.4 本章小结
4 动态特性实验结果的分析
4.1 基于快速傅里叶变换的实验信号频率分析
4.2 滤波后的输出电压曲线
4.3 电磁力的理论分析
4.4 基于COMSOL的磁场仿真模拟电磁力
4.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 课题相关照片
附录B MATLAB程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于悬臂梁结构的动态推力测量方法[J]. 王大鹏,周伟静,曹继宏,张闪,史晓云,何龙. 中国空间科学技术. 2018(05)
[2]间接法测量微推力现状及关键问题分析[J]. 王大鹏,金星,周伟静,李南雷,王青,王健博. 宇航计测技术. 2018(04)
[3]基于COMSOL软件的静磁场仿真与分析[J]. 陈庆东,王俊平. 大学物理实验. 2018(02)
[4]基于扭摆台架的动态推力测试方法研究[J]. 刘旭辉,杨飞虎,魏延明,陈君,汪旭东,毛威,李飞,余西龙. 推进技术. 2017(04)
[5]微波推力器独立系统的三丝扭摆推力测量[J]. 杨涓,刘宪闯,王与权,汤明杰,罗立涛,金逸舟,宁中喜. 推进技术. 2016(02)
[6]一种用于微小推力冲量测量的扭摆系统参数标定方法[J]. 金星,洪延姬,周伟静,常浩. 推进技术. 2015(10)
[7]双单摆式微推力测量系统的研究[J]. 边星,邵明学,杨福全,张海鹏. 真空与低温. 2014(03)
[8]微推力测量方法及其关键问题分析[J]. 洪延姬,周伟静,王广宇. 航空学报. 2013(10)
[9]压电式四向无定心钻削测力仪的研制[J]. 高长银,刘江. 压电与声光. 2012(06)
[10]三丝扭摆微推力在线测量方法及不确定度分析[J]. 宁中喜,范金蕤. 测控技术. 2012(05)
博士论文
[1]姿控火箭发动机脉冲推力测试系统研究[D]. 邢勤.大连理工大学 2011
[2]压电晶体扭转效应的研究[D]. 吴涧彤.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]毫牛级微推力测试装置研究[D]. 王春平.大连理工大学 2018
[2]LGS与石英压电传感器性能对比研究[D]. 赵丽琦.大连理工大学 2015
[3]基于扭秤的弱力测量的初步分析和校验[D]. 赵凤鸣.东北大学 2013
[4]固体火箭发动机瞬态推力测量[D]. 欧阳华兵.浙江工业大学 2005
本文编号：3461440
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3461440.html
