在早期的固体火箭发动机实验中,通常测量的是推力的轴向分量,并不是整个推力矢量,只是一个主推力分量。随着六分力测量技术的发展,近年来六分力测量系统可以测量微弱的侧向力,从而可以得到比较真实的推力矢量[3]。73336

    在对火箭发动机推力矢量测试这一方面,最早使用测试系统是传统的三点支撑式火箭推力压力实验台再加上光线示波器,但是它的测量精度低,示波器不能测量不断变化的信号而且也无法进行数据处理,无法满足现代科研的需求。另外,传统的铜柱测压法测量火箭发动机推进剂燃烧时所产生的压力,得到的仅仅只是最大压力,整个发动机的工作时间、工作过程和工作性能等多种指标都无从了解,一旦发动机不符合技术要求,就没法找出是哪个地方出了差错。以前对实验结果进行数据处理时通常采用手工的方法,这种方法不仅效率低,而且工作量大,无法确保结果的正确性。随着火箭发动机推力矢量测试技术的不断发展,我国在火箭推力矢量测量方面进行了诸多研究,现在火箭发动机推力矢量测试中最常用的是六分力实验台再加上计算机化的测试系统,这样不仅快捷、方便,并且极大地提高了测量的精度和数据处理的正确度[4]。论文网

    六分力实验台由定架、动架、六个测力组件、标定装置、安全限位装置等组成 。根据六分力实验台使用环境的不同,可将六分力实验台分为3类:水下实验台、地面常规实验台和地面高空模拟舱内实验台;根据发动机的安装方式的不同,可将六分力实验台分为卧式实验台和立式实验台两种。立式实验台发动机竖直安装,向上排气,排气空间易于安排,并且较为安全,立式实验台由于发动机的质量作用在推力传感器上与推力方向一致,在发动机工作时,推进剂不断被消耗,质量逐渐减轻,将直接影响推力的测量结果,加大实验误差。卧式六分力实验台火箭发动机水平安装,根据发动机支撑方式的不同,可分为中心架式、车轮式和弹簧片式三种。推进剂燃烧时的质量变化不会影响轴向推力和水平方向的侧向力,可以保证推力和侧向力的测量精度。

两种六分力实验台

图1。1  两种六分力实验台

20世纪60年代,美国率先对具有推力矢量控制机构的发动机使用六分力试车台,进行推力矢量的测量[5],大大提高了测试精度。20世纪70年代,日本也开始了推力矢量的研究与工程应用[6],其研究成果也名列世界前茅。与此同时,我国也展开了六分力测量理论和六分力试车台的研究与应用,重点研究的是如何测量小型固体火箭发动机的推力矢量[7]。火箭发动机在进行地面实验之前,必须对传感器和测试系统进行标定,进而才能确保实验数据的准确度。自1976年南京理工大学研制出第一台火箭发动机六分力实验台到现在,对六分力实验台一直采用原位标定的方法[8]。所以,为了提高测力传感器的测量精度,也采用原位标定的方法。不过近几年,我国在六分力测量理论和火箭发动机推力矢量测量方面的研究和应用相对比较少。

过去火箭发动机点火瞬态的增压过程的测量实验一直是一个工程难题,人们一直在研究能够取代发动机点火的方法,因此有人提出可以通过对火箭发动机进行高压冷气加载,通过这种方法来模拟火箭发动机点火升压时燃气的流动[9]。与发动机点火实验相比,采用高压冷气加载这种方法没有点火实验危险性高、重复性差等缺点,并消除了温度的影响。在可控制高压气源的条件下,通过冷气加载为装置的设计和优化提供了方便[10]。

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