[发明专利]一种具有热防护系统的微小推力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于空间微小推力推力器技术领域，具体来说，是一种具有热防护系统的微小推力测量装置，是微小推力测量系统的一部分。

背景技术

随着电推进技术的发展，越来越多的电推力器被设计出来，但是很多电推力器的推力都是mN级的，常规推力测量的方法难以对这么微小的推力进行精确测量。而推力又是推力器的一个非常重要的参数，如果无法确定推力，推力器的一些重要的性能参数，例如比冲也将无法确定，这会为推力器的实际应用带来很大麻烦。

为了能精确测量电推力器的推力，微小推力测量系统被设计出来了。微小推力测量系统可分为直接测量和间接测量两种。附加场等离子体推力器有着质量大、结构复杂的特点。除了推力器本身需要供电、供气之外，还需要一个附加线圈，而附加线圈则需要供电和供水。所以如果采用直接测量的方式，电路、水路、气路将会对推力器的推力测量带来很大干扰，而且这种干扰不容易定量分析，也不容易消除。为了避免线路对推力测量的干扰，较理想的方式是采用间接推力测量。把测量对象由复杂的推力器转变为相对简单的羽流。投靶法微小推力测量系统就是间接测量系统的一种，是一种相对适合附加场等离子体推力器的方式。

据现有资料来看，国内清华大学研制过针对微喷管装置的标靶法推力测量装置，该装置中靶的安装方式为悬挂式，测量时把靶视为单摆的质点。使用单摆模型的前提是靶的悬挂装置的长度相对靶面的特征长度来说要足够大，所以这种测量装置需要较大的空间，而且悬挂安装的靶必然存在一个转轴，转轴处的滑动摩擦力对测量结果会有一定的影响。并且这种测量装置针对的推力器是一种微型的冷气推力器，喷出的燃气是氮气，温度较低，而附加场等离子体推力器喷出的是高温的羽流，工况十分恶劣。另外该系统中用于位移测量的传感器是电涡流位移传感器，这种传感器难以在附加场等离子体推力器羽流的强电磁环境中正常工作。在国外已经有了针对离子推力器的投靶法推力测量装置，但是国外的投靶法测量装置在测量靶的位移时用激光反射的方法，这种方法容易受到发动机发出的强光的干扰。而且该系统中靶和位移测量装置是分开的，每次移动靶的位置都需要重新标定推力架。所以这些装置都不适合附加场等离子体推力器的推力测量。

且在投靶法推力测量装置中，推力器功率通常比较大，其结果就是发动机羽流的热释放量非常大，所以弹性梁受到的热辐射量很大。如果不对其进行热防护，梁的温度会升高很快，其结果就是梁的弹性系数会发生明显改变，测量结果就会产生很大的误差。另外位移测量装置对工作温度也有要求，超过一定温度之后就无法正常工作了。所以弹性梁和位移测量装置都属于对温度要求较高的元件，需要对其进行热防护，以保证其能够正常工作。

发明内容

针对上述问题，本发明专门针对附加场等离子体推力器，设计一种用于微小推力测量的测量装置，且具有热防护系统保证其中弹性元件—弹性梁，以及位移传感器的正常工作。

一种具有热防护系统的微小推力测量装置，其特征在于：包括靶系统、位移传感器系统、靶安装块与热防护系统。其中，靶系统包括靶、弹性梁与垂直角铝；位移传感器系统包括位移传感器、传感器安装杆。

所述靶系统中，垂直角铝为由横板与纵板构成的截面为L型铝件；横板与靶安装块的下表面贴合，横板端面通过靶安装块上设计的定位台阶实现前后方向上的定位；纵板的外侧面上开有竖直定位凹槽；弹性梁与定位凹槽配合设置在定位凹槽中，实现弹性梁的定位固定，并使弹性梁顶端顶住靶安装块底面；弹性梁底端安装有靶；所述位移传感器系统中，传感器安装杆竖直设置，顶端与靶安装块底面固定。传感器安装杆底端通过传感器安装板安装有位移传感器，使位移传感器的测量端正对弹性梁中部。

所述热防护系统包括陶瓷管、陶瓷管连接套与传感器保护罩；陶瓷管设计为上部陶瓷管与下部陶瓷管两段。上部陶瓷管与下部陶瓷管直径相等，均大于弹性梁直径；上部陶瓷管、下部陶瓷管与连接套均套在弹性梁上；上部陶瓷管顶端与靶安装块固定。上部陶瓷管底端与下部陶瓷管顶端分别配合插入陶瓷管连接套两端固定；陶瓷管连接套中部开口，形成光路。

所述传感器保护罩顶面开口，罩住位移传感器；底面开有通孔，用于通过陶瓷管连接套，传感器保护罩顶端固定于传感器安装板上；陶瓷管连接套在正对传感器的测量窗口位置开有测量口；传感器保护罩侧面还开有穿线口。

本发明的优点为：对于微小推力测量装置的热防护系统的需要具有：

1、本发明推力测量装置，通过靶安装块使得整个测量装置实现的一体化，这样调整测量装置和发动机之间的间距就非常方便，甚至可以在测量过程中连续自动调整；