小力值推力矢量测试研究

发布时间：2017-08-16 23:27

  本文关键词：小力值推力矢量测试研究

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【摘要】：随着科学技术的不断快速发展,每年各国发射到太空中各种航天器,如卫星、探月飞行器、飞船等,它们的姿态的调整、轨道的改变、速度的修正等,都是通过自身携带的小力值姿控发动机产生推力实现的。因此,对发动机推力精确控制非常重要。但是,由于制造、零部件安装等方面精度的限制,导致动机产生的推力偏离理想推力。故此,需要对发动机推力进行矢量力测试,确定其偏离理想推力的矢量力参数,对发动机性能进行评定。本文以小力值矢量力测量为研究对象。针对小力值测量中的力值小、主侧向量程比大的测试难点,从测试原理、理论分析、仿真和实验等方面,对小力值推力矢量测试的难点进行了深入分析研究,提出相应的解决设计方案,研制出了以压电测力仪为核心的小力值矢量力测试系统。首先针对测试系统测量力量程小的难点,分析研究了影响压电测力仪分辨率及灵敏度的因素。从理论及实验的角度出发,研究了压电传感器中石英晶片的个数、切型以及尺寸等对压电测力仪的灵敏度、分辨率的影响,对上述参数进行优化设计；同时,对测力仪所需施加的预紧力进行实验研究,得到其对灵敏度的影响,选择合理的预紧力提高灵敏度。其次对推力测量中大量程比带来的主向对侧向产生向间干扰的难题进行分析研究,从压电测力仪本身结构和测试系统的标定加载两方面进行分析。通过有限元对测力仪上盖进行尺寸参数的分析,得到上盖的厚度、中心孔径以及传感器跨距对上盖变形及向间干扰的影响曲线,优化尺寸选择合理的参数,降低向间干扰；对测试标定加载力偏差进行理论分析,得到标定加载偏差对矢量力测试精度的影响；以此为指导对测试系统的标定加载杆的连接方式进行设计,更改为万向节式连接,降低因标定加载偏差引起的向间干扰。对压电测力仪和整个测试系统进行静态标定和矢量力模拟测量,结果表明：研制出的压电测力仪能够实现对所需要量程的小力值推力进行测量,其线性、重复性指标均在2%以内,压电测力仪本身的向间干扰降低到4%以内；改变连接方式后,测试系统的向间干扰降低37.5%以上,不确定度最多降低53.9%。对矢量力参数模拟测量得到的结果不确定度,其中主推力在标称值时不确定度小于1%,其他矢量力参数不确定度均小于5%。压电测力仪及测试系统的各项指标均达到小力值推力矢量测试的要求,能够实现对小力值矢量力的精确测量。
【关键词】：小推力发动机 压电测力仪 矢量力测量 高灵敏度 低向间干扰
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 发动机推力测试国内外研究概况9-13
• 1.3 当前小推力矢量测试研究分析13-14
• 1.4 本论文的主要研究内容14-15
• 2 总体方案设计15-23
• 2.1 矢量测试系统测试难点15
• 2.2 矢量力测量原理15-18
• 2.3 灵敏度提高方案18-20
• 2.4 向间干扰减小方案20-22
• 2.4.1 测力仪向间干扰减小方案20-21
• 2.4.2 标定装置向间干扰减小方案21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 压电测力仪设计分析23-35
• 3.1 压电传感器设计23-27
• 3.1.1 灵敏度设计23-26
• 3.1.2 传感器低向间干扰设计26-27
• 3.2 压电测力仪结构设计分析27-32
• 3.2.1 测力仪结构有限元分析28-32
• 3.2.2 测力仪上盖尺寸参数优化32
• 3.3 预紧力对测力仪性能影响分析32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 测试系统静态标定分析35-46
• 4.1 测力仪归一化标定加载分析37-41
• 4.1.1 三向正交力归一化模型的建立37-39
• 4.1.2 测力仪归一化加载传感器受力分析39-41
• 4.2 矢量力测量分析41-44
• 4.3 测试系统主向标定装置设计44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 实验及数据处理46-69
• 5.1 压电测力仪性能测试46-48
• 5.1.1 测力仪固有频率测试46-47
• 5.1.2 压电测力仪侧向分辨率测试47-48
• 5.2 压电测力仪标定实验48-50
• 5.2.1 测力仪主向标定48-49
• 5.2.2 测力仪侧向标定49-50
• 5.3 测试系统静态标定实验50-61
• 5.3.1 测试系统标定加载偏差实验50-57
• 5.3.2 测试系统三向正交标定实验57-61
• 5.4 矢量力模拟测量61-68
• 5.4.1 模拟测量实验61-65
• 5.4.2 矢量力参数不确定度分析65-68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-73
• 附录A 部分实物图73-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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1 张贻恭,刘恩福,钱敏;YDXL-Ⅲ87A压电晶体三向小力值传感器的研究[J];大连理工大学学报;1990年03期

2 任宗金;贾振元;王浩然;高翼飞;陈v，

本文编号：686101