[发明专利]一种喷气推力的测量方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷气推力的测量方法及其装置，特别涉及一种在轨航天器姿态控制与轨道控制用的喷气推力的测量方法及其装置。

背景技术

随着时代的发展，太空制约能力对一个国家的安全和发展起着越来越至关重要的作用。化学推进剂适用于短时间、大推力的推进任务。相对来说，电火箭推进技术能够获得较高的运载效率，适用于长时间、中小推力、高比冲的推进任务。目前，对于各种用途的卫星或航天器，为减少重量和尺寸、提高定位精度、延长运行寿命，使用空间电推进技术已成为必不可少的有效途径。无论是国民经济的发展、国家安全、还是未来对深空的科学研究，都需要发展高效率的空间电推进技术。这是因为与传统的姿控/轨控化学火箭相比，电推进方式具有高比冲的突出优点。空间电推进技术大致可以分为：1)电热型，包括电阻加热射流方式和电弧加热等离子体射流方式；2)静电加速型，如离子推力器；3)等离子体推进型，包括霍尔推力器、脉冲等离子体推力器、磁等离子体动力学推力器和可变比冲磁等离子体推力器。迄今为止，世界上已有数百颗卫星使用了电推进系统，积累了大量的有用数据。但是，我国还没有任何种类的电推进推力器达到或接近实际应用的综合性能指标。

任何种类的电推进推力器，在真正能够上天运行之前，都必须在地面进行大量的性能研究和可靠性模拟实验。其中，推力的测量是必不可少的，尤其是对小推力推力器的推力的精确测量是至关重要的。用于空间电推进的推力器的特点之一就是推力比较小，因而电推进推力器地面测试非常关键的技术之一即为推力器的微小推力测量。测不出推力，就无法验证推力器的基本性能。因此，人们提出了各种不同原理的测力器，例如有倒钟摆式、双摆式、扭摆式、多臂式等测量方法；也有直接将推力器座在天平上(即推力方向与重力方向一致)的测力方法，或者是在座上去的基础上再作些重心平衡的处理或补偿；也有用激光干涉原理的测量方法。这些方法都存在设置调试和校准要求非常高，尤其是有些需要配重和调重心的测量方式，需要针对不同种类、重量、形状的推力推力器进行测力器结构设计和调试，并且同一测量仪对同一形状和重量的推力器，也会因为每次调试时难以把握的微小变化而产生无法估测的测量误差。在这种情况下，提出某种测量原理或测力器的精度或测量误差，在实际应用时是没有意义的。电推进推力器微小推力如此难测的根本原因是由于地面测试是在地球的重力场中进行的，而电推进推力器的特点是其自重远远大于其产生的推力。国外已有将电火箭送到太空去测量，但是这样的测量对研制电推力推力器而言必然非常昂贵而难以承受。此外供电系统、供气系统、推力器本身工作发热、测量的真空环境对推力测量的影响也非常大，为此，人们一直在寻找一种理想的高精度喷气推力测量方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的测力原理在测量喷气推力时调试和校准要求高，容易产生测量误差的缺陷，提供一种简单易行的测力方法，并给出了实现该方法的测量装置。

实现本方法的测量装置包括：基座15，和垂直固定在基座15上的第一支架1、第二支架14，以及测力机构；测力机构包括连有信号线13的传感器11，一端开有定位孔24的悬臂梁10，固定在悬臂梁10的上端的测力支件21，通过定位孔24将悬臂梁10固定在支架上的紧固件12。所述的悬臂梁10的上端悬浮并高于所述支撑座3，所述的传感器11贴附在悬梁臂10的表面，并通过信号线13与外部的采集、处理及显示系统电连接。测量装置特征在于，还包括导向机构2、轴承组16、支撑座3组成的推力器承载台架和固定定位机构；其中所述第一支架1和第二支架14顶端支撑所述导向机构2，轴承组16由导向机构2限制运动，支撑座3与轴承组16固定在一起，被测推力的推力器6固定在支撑座3上。

上述的技术方案中，所述传感器11可为应力应变片。而另一种技术方案是所述传感器11为涡流感应位移传感器。

上述技术方案中，轴承组由2个以上轴承组成，通过导向机构2相互定位，并与支撑座3连接。使得装载推力器6的支撑座3达到稳定与平衡。

上述技术方案中，导向机构2使得轴承组16在确定方向作直线移动，移动方向与推力方向平行，并且轴承组16与导向机构2之间的水平滑动阻力小于1mN。

上述技术方案中，装载推力器的支撑座3，如定向直线平移的台车，移动方向与测力悬臂梁垂直。

上述技术方案中，支撑座的形貌设计能实现在锁紧推力器的同时，使得推力器推力方向与轴承组移动方向平行。

上述技术方案中，调整基座15的水平度，使推力方向与重力方向夹角等于或略小于90度，消除沿推力方向滑动时由重力产生的附加阻力。