[发明专利]一种用于火箭发动机推力矢量标定的旋转标定法

说明书

本发明提供了一种用于火箭发动机推力矢量标定的旋转标定法，属于压电传感器测量技术领域。该方法从测力仪的结构原理入手，首先搭建矢量力测试系统，并对其进行误差源的分析，通过采用线性标定法求出所需计算的标定矩阵，建立标定精度对耦合系数的敏感度分析模型，得出主向对侧向的干扰系数是影响测试精度的最重要因素；然后通过对力矢量偏移量的标定系统进行误差分析来探求主向对侧向力产生干扰的机理；建立了标定杆与球面垫圈与锥面垫圈的接触力的数学模型，得出了主向标定时侧向力呈椭圆的几何分布；最后针对椭圆分布的周期性特点，基于匀化误差的思想，根据所提出的旋转标定法对火箭发动机推力矢量进行标定。

技术领域

本发明属于压电传感器测量技术领域，涉及一种用于火箭发动机推力矢量标定的旋转标定法。

背景技术

随着现代航空航天技术的迅速发展，火箭发动机作为航天器的核心部件扮演着至关重要的作用，火箭发动机推力矢量的精准测量对控制飞行器的运行姿态、提高目标命中精度等具有重要意义。但在航天器姿态调整的过程中，火箭发动机质量的变化、喷管轴线的偏移等因素，将会导致火箭推力矢量和理想情况有偏差而产生侧向力和推力偏斜的现象。此外，受制造误差、装配误差以及结构变形等因素的影响，推力和偏移量的测试精度很难保证。因此，对火箭发动机性能的核心参数——推力矢量的精确评定是满足火箭发动机高精度姿态调整、轨道修正的必然要求。经过文献检索，多数文章对测力平台的标定方法进行研究，主要应用了硬件和计算算法等方法。李思研究了基于信号处理、计算机智能、智能处理的力传感器的硬件标定技术。邢勤应用标定矩阵对小力值火箭测试系统完成了三维力三维力矩的静态标定。丁煜函基于逆补偿ANN对二维传感器进行了动态标定补偿。仇成群开发出了基于虚拟仪器的静态标定系统，对多维腕力传感器进行了静态解耦及标定研究。但目前很少有文章从测力仪的结构原理入手，探寻标定和测量误差影响因素，研究力加载中的损失机理和偏移机理，因此需要设计一种新的方法实现力的标定。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，发明了一种用于火箭发动机推力矢量标定的旋转标定法，该方法从测力仪的结构原理入手，首先对测试系统的误差来源进行分析，将标定传感器、标定杆、将标定杆同步旋转度，以此得到N个工位，然后进行标定加载实验，并对标定力加载时的损失与偏移机理进行探究，最后将N个工位的实验结果通过理论解算来消除标定系统误差，分离出了测量固有误差。此种方法避免了因固有误差过大而导致误差波动的现象，并满足了随机误差抵偿性的要求，使固有误差得到有效的解决。

本发明的技术方案：

一种用于火箭发动机推力矢量标定的旋转标定法，所述的旋转标定法用的装置基于专利申请号2017106107307，专利名称为“基于深信度网络的火箭发动机推力偏移量的标定方法”中，公开的标定装置，以力矢量偏移量的标定平台作为核心，包括液压加载力源发生装置、力矢量偏移量的标定平台、电荷放大器、数据采集卡、计算机及控制模块；将与标定杆相连的球面垫圈的中心孔改为偏心孔，使球面垫圈的偏心孔处于不同的加载位置；改善前的标定装置仅能执行火箭发动机的正交加载，改善后的火箭发动机推力矢量标定装置可旋转不同角度，来实现不同工位的标定加载。步骤如下：

第一步：建立标定精度对耦合系数的敏感度分析模型

采用四个三向力传感器正方形布置形式的推力矢量标定系统来实现三向正交力的加载(X向加载为主向加载力，Y、Z向加载均为侧向加载力)，完成对发动机推力矢量的线性标定，根据各三向力传感器的加载输出，建立力向量与电压向量的关系：

F＝AU+b